材料科學領域的力學性能試驗，你了解多少？

什麼是力學性能試驗？

力學性能檢測是通過施加外力并測量材料的應力和應變來評估其力學性能。應力是指材料内部受力的大小，應變是指材料在外力作用下發生的形變。通過測量應力和應變，可以确定材料的強度、剛度和耐久性。

在材料科學領域，力學性能試驗主要分為兩大類：靜力學性能試驗和動力學性能試驗。靜力學性能試驗主要研究材料的靜态力學性能，如屈服強度、抗拉強度、彈性模量等，而動力學性能試驗則關注材料的動态力學性能，如疲勞強度、沖擊韌性等。這些試驗方法的廣泛應用，為各類工程結構和産品的優化設計提供了重要支撐。

靜力學性能試驗中最常見的是拉伸試驗和壓縮試驗。拉伸試驗通過在試樣上施加拉伸力，使其發生塑性變形直至斷裂，進而獲得材料的抗拉強度、屈服強度等名額。壓縮試驗則通過在試樣上施加壓力，使其發生壓縮變形直至破裂，進而獲得材料的抗壓強度、變形量等資料。這些試驗資料的擷取對于材料的選用和設計具有重要指導意義。

動力學性能試驗中最常見的是疲勞試驗和沖擊試驗。疲勞試驗通過在試樣上循環加載應力，模拟材料在長時間使用過程中的行為，進而獲得材料的疲勞強度、疲勞裂紋擴充速率等資料。沖擊試驗則通過在試樣上施加沖擊載荷，模拟材料在沖擊環境下的行為，進而獲得材料的沖擊韌性、吸收能量等資料。這些試驗結果對于評估材料的耐久性和安全性具有重要意義。

在進行力學性能試驗時，需要注意以下幾點：

試樣的制備：試樣的形狀、尺寸和制備方法應符合試驗要求，以確定試驗結果的準确性和可比較性。

試驗裝置的選擇：根據試驗方法和材料性質選擇合适的試驗裝置，并確定裝置的準确性和可靠性。

試驗條件的控制：試驗過程中應嚴格控制環境條件，如溫度、濕度、壓力等，以確定試驗結果的穩定性和可重複性。

資料分析方法：對試驗結果進行正确的資料處理和分析，提取有用的資訊，為工程實踐提供可靠的依據。

力學性能試驗一般包括拉伸試驗、沖擊試驗、扭轉試驗、壓縮試驗、彎曲試驗、壓扁試驗、應力松弛試驗、硬度試驗及疲勞試驗等，焊接試樣的材料、坡口形式、焊接工藝等與産品的實際情況相同。

1、拉伸試驗

拉伸試驗是其中一種最常用的試驗方法，用于測定試樣在受到軸向拉伸載荷後的行為。這些試驗類型可在室溫或受控(加熱或制冷)條件下進行，以确定材料的拉伸性能。可以用來測定焊縫金屬及焊接接頭的抗拉強度、屈服強度、延伸率和端面收縮率等機構性能名額，在拉伸試驗中可以發現試樣斷口處的某些焊接缺陷，驗證所選用的焊接材料及焊接工藝的正确性，拉伸試驗可以做成闆狀試樣、圓形試樣或管狀試樣。

适用材料：

金屬、塑膠、彈性體、紙張、複合材料、橡膠、紡織品、粘合劑、薄膜等。

常見的拉伸試驗結果：

最大載荷：最大載荷下的伸長

最大載荷做功：剛度

斷裂載荷：斷裂時的形變

斷裂做功：弦斜率

應力：應變

試驗儀器：萬能試驗機，高速試驗機等

2、沖擊試驗

沖擊試驗也叫作沖擊韌性試驗，用來測定焊縫金屬和焊接接頭的沖擊韌性和缺口的敏感性，從斷口的折斷形式可以判斷它們的破壞性質（是塑性斷裂還是脆性斷裂）通過低溫沖擊試驗，還可測得焊縫金屬和焊接熱影響區的脆性轉變溫度。

适用材料：多種材料，高分子，複合材料，金屬，木材，陶瓷，玻璃，紡織品等等

試驗儀器：沖擊試驗機（擺錘式和落錘式）科準測控試驗機：手動沖擊試驗機、半自動沖擊試驗機、全自動沖擊試驗機。

常用技術名額：峰值加速度、脈沖持續時間、速度變化量（半正弦波、後峰鋸齒波、梯形波）和波形選擇。

部分測試标準：

ISO179-1-2010塑膠擺式沖擊性能的測定

GB/T15231.5-1994玻璃纖維增強水泥性能試驗方法抗沖擊性能

GB/T14152-2001熱塑性塑膠管材耐性外沖擊性能

GB/T21239-2007纖維增強塑膠層合闆沖擊後壓縮性能試驗方

BSEN950-1999門扇.耐堅硬物體沖擊性能的測定

DINISO2747-1999瓷釉和搪瓷.搪瓷烹調器具.耐熱沖擊性能的測定

GB/T3917.1-2009紡織品織物撕破性能

BSENISO6603-1-2000塑膠硬質塑膠沖孔性能的測定科準測控試驗機

3、扭轉試驗

扭轉試驗是測定材料抵抗扭矩作用的一種試驗，是材料機械性能試驗的基本試驗方法之一。扭轉試驗可以測定脆性材料和塑性材料的強度和塑性，對于制造經常承受扭矩的零件如軸、彈簧等材料常需進行扭轉試驗。

試驗儀器：扭轉試驗機

4、壓縮試驗

壓縮試驗是一種常用于測定材料的壓縮負載或抗壓性的試驗方法，同時也用于測定材料在受到一個特定的壓縮負載并保持一段設定時間後的恢複能力。壓縮試驗用于測定材料在加載下的行為。此外也可測定一段時間内材料在(恒定或遞增)載荷下可承受的最大應力。

适用材料：

金屬、塑膠、彈性體、紙張、複合材料、橡膠、紡織品、粘合劑、薄膜等。

試驗儀器：萬能試驗機，高速試驗機、壓縮試驗機等

5、彎曲試驗

彎曲試驗也叫作冷彎試驗，是測定焊接接頭彎曲時的塑性的一種試驗方法，也是檢驗表面品質的一個方法，它是以一定形狀和尺寸的試樣，在室溫條件下被彎曲到出現第一條大于規定尺寸的裂紋時的彎曲角度作為評定标準，冷彎試驗還可以反映出焊接接頭各區域的塑性差别，考核熔核區的熔核品質和暴露焊接缺陷，彎曲試驗分正彎、背彎和側彎三種，可根據産品技術條件標明，備彎易于發現焊縫根部缺陷，側彎能檢驗焊層與焊件之間的結合強度。

适用材料：多種不同的材料，包括金屬、塑膠、木材、層壓闆、刨花闆、清水牆、瓷磚和玻璃等。

試驗儀器：萬能試驗機，高速試驗機

應用範圍：主要有三點彎曲和四點彎曲兩種加載荷方式，

測定灰鑄鐵的抗彎強度

測定硬質合金的抗彎強度

測量陶瓷材料、工具鋼的抗彎強度

檢測和比較表面熱處理層的品質和性能

檢測材料在受彎曲載荷下作用下的性能

部分測試标準：

ASTM科準測控試驗機D7624用于測定聚合物基複合材料的彎曲剛度與強度性能

GB/T232-2010《金屬材料彎曲試驗方法》

6、壓扁試驗

壓扁試驗是用以檢驗金屬管壓扁到規定尺寸的變形性能，并顯示其缺陷的一種試驗方法。

在進行壓扁試驗時，将試樣放在兩個平行闆之間，用壓力機或其他方法，均勻地壓至有關的技術條件規定的壓扁距（用管子外壁壓扁距或内壁壓扁距，以毫米表示），檢查試樣彎曲變形處，如無裂縫、裂口或焊縫開裂，即認為合格。

7、應力松弛試驗

應力松弛試驗用于測定試樣在恒定溫度下長時間受到拉伸或壓縮載荷時的蠕變特性。恒定溫度下試樣的變形速率與應力的比值就是蠕變速率。它是從蠕變與時間圖線上的斜率計算得出。蠕變通常發生在升溫條件下，是以這種類型的試驗常在溫度箱内進行，以實作精确的加熱/制冷控制。溫度控制對于最大限度減少樣品的熱膨脹影響至關重要。

8、硬度試驗

壓扁試驗可以用來測定管子焊接接頭壓扁時的塑性，塑性是根據試驗上出現第一條裂紋時，被壓扁的管子上下外壁間的距離來确定的。

9、疲勞試驗

疲勞試驗是用來測定焊接接頭在交變載荷作用下的強度，它常以在一定交變載荷作用下斷裂時的應力和循環次數來表示，疲勞強度試驗根據受力不同，可分為拉壓疲勞、彎曲疲勞和沖擊疲勞試驗等。

适用材料：多種材料，包括高分子，複合材料，金屬等。

試驗儀器：電液伺服疲勞試驗機等。

綜上所述，力學性能試驗在材料科學領域中具有重要地位。通過對材料的力學性能進行深入研究，我們可以全面了解材料的力學行為和特性，為各類工程結構和産品的優化設計提供有力支援。随着科學技術的發展，力學性能試驗方法和技術也在不斷進步和完善，為材料科學研究的不斷深入提供了重要保障。是以，我們應該充分認識力學性能試驗的重要性，不斷推動其在工程實踐和科學研究中的應用與發展。

享檢測可以根據使用者需求進行力學性能試驗，該試驗是在拉伸試驗機上用靜拉伸力對試樣進行軸向拉伸，以測量力和相應的伸長(一般拉至斷裂)，測定其相應的力學性能的試驗。

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