材料科学领域的力学性能试验，你了解多少？

什么是 力学性能试验？

力学性能检测是通过施加外力并测量材料的应力和应变来评估其力学性能。应力是指材料内部受力的大小，应变是指材料在外力作用下发生的形变。通过测量应力和应变，可以确定材料的强度、刚度和耐久性。

在材料科学领域，力学性能试验主要分为两大类：静力学性能试验和动力学性能试验。静力学性能试验主要研究材料的静态力学性能，如屈服强度、抗拉强度、弹性模量等，而动力学性能试验则关注材料的动态力学性能，如疲劳强度、冲击韧性等。这些试验方法的广泛应用，为各类工程结构和产品的优化设计提供了重要支撑。

静力学性能试验中最常见的是拉伸试验和压缩试验。拉伸试验通过在试样上施加拉伸力，使其发生塑性变形直至断裂，从而获得材料的抗拉强度、屈服强度等指标。压缩试验则通过在试样上施加压力，使其发生压缩变形直至破裂，从而获得材料的抗压强度、变形量等数据。这些试验数据的获取对于材料的选用和设计具有重要指导意义。

动力学性能试验中最常见的是疲劳试验和冲击试验。疲劳试验通过在试样上循环加载应力，模拟材料在长时间使用过程中的行为，从而获得材料的疲劳强度、疲劳裂纹扩展速率等数据。冲击试验则通过在试样上施加冲击载荷，模拟材料在冲击环境下的行为，从而获得材料的冲击韧性、吸收能量等数据。这些试验结果对于评估材料的耐久性和安全性具有重要意义。

在进行力学性能试验时，需要注意以下几点：

试样的制备：试样的形状、尺寸和制备方法应符合试验要求，以确保试验结果的准确性和可比较性。

试验设备的选择：根据试验方法和材料性质选择合适的试验设备，并确保设备的准确性和可靠性。

试验条件的控制：试验过程中应严格控制环境条件，如温度、湿度、压力等，以确保试验结果的稳定性和可重复性。

数据分析方法：对试验结果进行正确的数据处理和分析，提取有用的信息，为工程实践提供可靠的依据。

力学性能试验一般包括拉伸试验、 冲击试验、扭转试验、压缩试验、弯曲试验、压扁试验、应力松弛试验、硬度试验及疲劳试验等，焊接试样的材料、坡口形式、焊接工艺等与产品的实际情况相同。

1、拉伸试验

拉伸试验是其中一种最常用的试验方法，用于测定试样在受到轴向拉伸载荷后的行为。这些试验类型可在室温或受控(加热或制冷)条件下进行，以确定材料的拉伸性能。可以用来测定焊缝金属及焊接接头的抗拉强度、屈服强度、延伸率和端面收缩率等机构性能指标，在拉伸试验中可以发现试样断口处的某些焊接缺陷，验证所选用的焊接材料及焊接工艺的正确性，拉伸试验可以做成板状试样、圆形试样或管状试样。

适用材料：

金属、塑料、弹性体、纸张、复合材料、橡胶、纺织品、粘合剂、薄膜等。

常见的拉伸试验结果：

最大载荷：最大载荷下的伸长

最大载荷做功：刚度

断裂载荷：断裂时的形变

断裂做功：弦斜率

应力：应变

试验仪器：万能试验机，高速试验机等

2、冲击试验

冲击试验也叫作冲击韧性试验，用来测定焊缝金属和焊接接头的冲击韧性和缺口的敏感性，从断口的折断形式可以判断它们的破坏性质（是塑性断裂还是脆性断裂）通过低温冲击试验，还可测得焊缝金属和焊接热影响区的脆性转变温度。

适用材料：多种材料，高分子，复合材料，金属，木材，陶瓷，玻璃，纺织品等等

试验仪器：冲击试验机（摆锤式和落锤式）科准测控试验机：手动冲击试验机、半自动冲击试验机、全自动冲击试验机。

常用技术指标：峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量（半正弦波、后峰锯齿波、梯形波）和波形选择。

部分测试标准：

ISO179-1-2010塑料摆式冲击性能的测定

GB/T15231.5-1994玻璃纤维增强水泥性能试验方法抗冲击性能

GB/T14152-2001热塑性塑料管材耐性外冲击性能

GB/T21239-2007纤维增强塑料层合板冲击后压缩性能试验方

BSEN950-1999门扇.耐坚硬物体冲击性能的测定

DINISO2747-1999瓷釉和搪瓷.搪瓷烹调器具.耐热冲击性能的测定

GB/T3917.1-2009纺织品织物撕破性能

BSENISO6603-1-2000塑料硬质塑料冲孔性能的测定科准测控试验机

3、扭转试验

扭转试验是测定材料抵抗扭矩作用的一种试验，是材料机械性能试验的基本试验方法之一。扭转试验可以测定脆性材料和塑性材料的强度和塑性，对于制造经常承受扭矩的零件如轴、弹簧等材料常需进行扭转试验。

试验仪器：扭转试验机

4、压缩试验

压缩试验是一种常用于测定材料的压缩负载或抗压性的试验方法，同时也用于测定材料在受到一个特定的压缩负载并保持一段设定时间后的恢复能力。压缩试验用于测定材料在加载下的行为。此外也可测定一段时间内材料在(恒定或递增)载荷下可承受的最大应力。

适用材料：

金属、塑料、弹性体、纸张、复合材料、橡胶、纺织品、粘合剂、薄膜等。

试验仪器：万能试验机，高速试验机、压缩试验机等

5、弯曲试验

弯曲试验也叫作冷弯试验，是测定焊接接头弯曲时的塑性的一种试验方法，也是检验表面质量的一个方法，它是以一定形状和尺寸的试样，在室温条件下被弯曲到出现第一条大于规定尺寸的裂纹时的弯曲角度作为评定标准，冷弯试验还可以反映出焊接接头各区域的塑性差别，考核熔核区的熔核质量和暴露焊接缺陷，弯曲试验分正弯、背弯和侧弯三种，可根据产品技术条件选定，备弯易于发现焊缝根部缺陷，侧弯能检验焊层与焊件之间的结合强度。

适用材料：多种不同的材料，包括金属、塑料、木材、层压板、刨花板、清水墙、瓷砖和玻璃等。

试验仪器：万能试验机，高速试验机

应用范围：主要有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式，

测定灰铸铁的抗弯强度

测定硬质合金的抗弯强度

测量陶瓷材料、工具钢的抗弯强度

检测和比较表面热处理层的质量和性能

检测材料在受弯曲载荷下作用下的性能

部分测试标准：

ASTM科准测控试验机D7624用于测定聚合物基复合材料的弯曲刚度与强度性能

GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方法》

6、压扁试验

压扁试验是用以检验金属管压扁到规定尺寸的变形性能，并显示其缺陷的一种试验方法。

在进行压扁试验时，将试样放在两个平行板之间，用压力机或其他方法，均匀地压至有关的技术条件规定的压扁距（用管子外壁压扁距或内壁压扁距，以毫米表示），检查试样弯曲变形处，如无裂缝、裂口或焊缝开裂，即认为合格。

7、应力松弛试验

应力松弛试验用于测定试样在恒定温度下长时间受到拉伸或压缩载荷时的蠕变特性。恒定温度下试样的变形速率与应力的比值就是蠕变速率。它是从蠕变与时间图线上的斜率计算得出。蠕变通常发生在升温条件下，因此这种类型的试验常在温度箱内进行，以实现精确的加热/制冷控制。温度控制对于最大限度减少样品的热膨胀影响至关重要。

8、硬度试验

压扁试验可以用来测定管子焊接接头压扁时的塑性，塑性是根据试验上出现第一条裂纹时，被压扁的管子上下外壁间的距离来确定的。

9、疲劳试验

疲劳试验是用来测定焊接接头在交变载荷作用下的强度，它常以在一定交变载荷作用下断裂时的应力和循环次数来表示，疲劳强度试验根据受力不同，可分为拉压疲劳、弯曲疲劳和冲击疲劳试验等。

适用材料：多种材料，包括高分子，复合材料，金属等。

试验仪器：电液伺服疲劳试验机等。

综上所述，力学性能试验在材料科学领域中具有重要地位。通过对材料的力学性能进行深入研究，我们可以全面了解材料的力学行为和特性，为各类工程结构和产品的优化设计提供有力支持。随着科学技术的发展，力学性能试验方法和技术也在不断进步和完善，为材料科学研究的不断深入提供了重要保障。因此，我们应该充分认识力学性能试验的重要性，不断推动其在工程实践和科学研究中的应用与发展。

在拉伸试验机上用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，以测量力和相应的伸长(一般拉至断裂)，测定其相应的力学性能的试验。