拉伸強度與斷裂伸長的檢測

發布時間：2015/4/8 15:46:20 點擊次數：

一、定義：

拉伸強度(tensile strength)是指材料產生最大均勻塑性變形的應力。在拉伸試驗中，試樣直至斷裂為止所受的最大拉伸應力即為拉伸強度，在學術界稱之為抗拉強度，在工程應用中常有人稱之為拉伸強度，其結果以MPa表示。

斷裂伸長率是指試樣在拉斷時的位移值與原長的比值，以百分比表示（%）。

二、計算方式：

拉伸強度的計算方式

（1） 在拉伸試驗中，試樣直至斷裂為止所受的最大拉伸應力即為拉伸強度，其結果以MPa表示。有些錯誤地稱之為抗張強度、抗拉強度等。

（2） 用儀器測試樣拉伸強度時，可以一并獲得拉伸斷裂應力、拉伸屈服應力、斷裂伸長率等數據。

（3） 拉伸強度的計算：　σt = p /( b×d)　式中，σt為拉伸強度（MPa）；p為最大負荷（N）；b為試樣寬度（mm）；d為試樣厚度（mm）。

注意：計算時采用的面積是斷裂處試樣的原始截面積，而不是斷裂后端口截面積。

斷裂伸長率的計算方式

原長L。,橫截面積A,在軸向拉力N作用下,變形后的斷裂長度為L'，于是斷裂伸長△L=L'-L。

應變為ε=△L/L

橫截面上的正應力δ=P/A

將（1）、（2）帶入胡克定律得：P/A=E*△L/L

得: △L=PL/EA

式中:E是材料的彈性模量

斷裂伸長率=△L/L。*100%

    在應力應變曲線中，即使負荷不增加，伸長率也會上升的那一點通常稱為屈服點，此時的應力稱為屈服強度，此時的變形率就叫屈服伸長率；同理，在斷裂點的應力和變形率就分別稱為斷裂拉伸強度和斷裂伸長率。

三、區別：

斷裂伸長率與拉伸率的區別

材料的拉伸過程一般是想經過彈性變形階段，達到屈服點之后發生塑性變形，達到斷裂點后發生斷裂。所以一般所說的斷裂伸長率是指整個過程的伸長率，而拉伸率一般說的是發生塑性變形的那個階段所產生的伸長率。

四、拉伸斷裂機理與影響因素：

1.拉伸斷裂機理

　　纖維開始受力時，其變形主要是纖維大分子鏈本身的拉伸，即鍵長、鍵角的變形。拉伸曲線接近直線，基本符合虎克定律。

　　當外力進一步增加，無定型區中大分子鏈克服分子鏈間次價鍵力而進一步伸展和取向，這時一部分大分子鏈伸直，緊張的可能被拉斷，也有可能從不規則的結晶部分中抽拔出來。次價鍵的斷裂使非結晶區中的大分子逐漸產生錯位滑移，纖維變形比較顯著，模量相應逐漸減小，纖維進入屈服區。

　　當錯位滑移的纖維大分子鏈基本伸直平行時，大分子間距就靠近，分子鏈間可能形成新的次價鍵。這時繼續拉伸纖維，產生的變形主要又是分子鏈的鍵長、鍵角的改變和次價鍵的破壞，進入強化區，表現為纖維模量再次提高，直至達到纖維大分子主鏈和大多次價鍵的斷裂，致使纖維解體。

　  纖維斷裂原因有：大分子主鏈的斷裂；大分子之間的滑脫。

　　纖維伸長原因有：大分子的伸直、伸長(鍵長、鍵角的變化)；取向度改善；大分子之間的滑移。

2.影響纖維拉伸性能的因素

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　　a.大分子結構(大分子的柔曲性、大分子的聚合度)：纖維的斷裂取決于大分子的相對滑移和分子鏈的斷裂兩個方面。

　　大分子的平均聚合度越小，大分子結合力就越小，容易產生滑移，則纖維強度較低而伸度較大；反之，大分子的平均聚合度越大，大分子結合力就越大，不易產生滑移，所以纖維的強度就較高而伸度較小。

　　b.超分子結構(取向度、結晶度)

　　取向度越高，大分子排列越平行，在拉伸中受力的大分子根數越多，纖維的強度越大，斷裂伸長率減少。

　　c.形態結構

    纖維中的裂縫孔洞缺陷、形態結構、不均一性會導致強度下降。

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　　a.溫濕度：空氣的溫濕度影響到纖維的溫濕度和回潮率，從而影響纖維的強伸度。

　　溫度對各種纖維的影響雖然不一致，但都具有一般規律：在纖維回潮率一定的條件下，溫度高，纖維大分子熱動能高，大分子柔曲性提高，分子間結合力消弱，因此，纖維強度降低，斷裂伸長率增大，拉伸模量下降。

　　多數纖維隨相對濕度的提高，纖維中所含水分增多，分子間結合力越弱，結晶區越松散，因此纖維的強度降低，伸長增大、初始模量下降。但天然纖維素棉、麻的斷裂強度和斷裂伸長卻隨相對濕度的提高而上升?；瘜W纖維中，滌綸、丙綸基本不吸濕，它們的強度和伸長率幾乎不受相對濕度的影響。相對濕度對纖維強度與伸長度的影響，視各自吸濕性能的強弱而不同，吸濕能力越大的，影響較顯著，吸濕能力小的，影響不大。

　　b.測試條件

　　試樣長度：長度越長，出現弱環的機會就越大，強力愈低。因為沿纖維長度方向，強度是不均一的，纖維總是在最薄弱處斷裂，試樣愈長，出現最薄弱環節的概率越大，越容易發生斷裂，強力下降——弱環定理。

　　試樣根數：根數越多，折算成單纖維強度月低。因為束纖維中的纖維根數愈多，由束纖維強力計算得的平均單纖維強力愈低，而且比單根測量時的平均強力低。

　　拉伸速度：速度越大，強力越大，初始模量也越大。一般情況下，隨拉伸速度增加，斷裂強力，初始模量，屈服應力均會提高，而斷裂伸長無一定規律。

五、對產品的影響

    拉伸試驗是材料力學性能測試中最常見試驗方法之一。

      試驗中的彈性形變、塑性形變、斷裂等各階段真實反映了材料抵抗外力作用的全過程。它具有簡單易行、試樣制備方便等特點。

      拉伸試驗所得到的材料強度和塑性性能數據，對于設計和選材、新材料的研制、材料的采購和驗收、產品的質量控制以及設備的安全和評估都有很重要的應用價值和參考價值 。

圖二：拉力萬能試驗機