Лабораторная работа №1 определение разрывного усилия нетканых материалов при одноосном растяжении

Цель работы

Изучить устройство разрывной машины, методы определения и расчета разрывных характеристик нетканых материалов при одноосном растяжении до разрыва.

Сущность метода

К образцу материала заданной длины и ширины прикладывается растягивающее усилие в продольном или поперечном направлении с постоянной скоростью растяжения до разрыва образца. Значения разрывного усилия при растяжении и относительное удлинение определяются либо из показаний прибора, либо из полученной кривой зависимости приложенного усилия от деформации.

Задание

1. Изучить устройство и принцип работы прибора Zwick/Roell/ BT1-FR2.5TH.140

2. Изучить методику определения разрывного усилия нетканых материалов при одноосном растяжении.

3. Провести испытания нетканых материалов на растяжение до разрыва и определить разрывное усилие нетканых материалов.

Общие сведения

При одноосном растяжении материала до разрыва определяют характеристики прочности и деформации нетканых материалов. Прочностью на разрыв при растяжении называют способность материалов противостоять растягивающим усилиям до разрушения их целостности.

Прочность материалов оценивается в абсолютных и относительных характеристиках. К абсолютным характеристикам относятся:

Разрывное усилие (нагрузка) Р_р, Н – наибольшее усилие, выдерживаемое пробой материала до разрыва. Величина разрывного усилия является основным показателем качества нетканого материала медицинского назначения.

Деформационные свойства нетканых материалов при одноосном растяжении оценивают разрывным удлинением в абсолютных и относительных единицах.

Абсолютное разрывное удлинение l_р, мм – приращение длины испытуемого образца к моменту разрыва. Определяют непосредственно по шкале удлинений разрывной машины.

Относительное разрывное удлинение ε_р, %, – отношение абсолютного разрывного удлинения к начальной длине рабочей части образца l_о.

(1)

Некоторые виды нетканых материалов обладают анизотропией, т.е. их прочность и удлинение в различных направлениях неодинаковы. Поэтому экспериментальное определение разрывных характеристик проводят как в продольном, так и в поперечном направлениях полотна.

Нагрузку, подобную как при испытании прочности на разрыв при растяжении, изделия из нетканых материалов испытывают при использовании медицинской одежды. К примеру, при операции на тазобедренный сустав, материал подвергается значительному растяжению из-за необходимости изменения позы пациента

Описание прибора

Для определения прочности на разрыв при растяжении используют разрывные машины. Схема разрывной машины Zwick/Roell/BT1-FR2.5TH.140 представлена на рис. 1. К разрывной машине подключен персональный компьютер с программным обеспечением. Управление разрывной машиной осуществляется с помощью программа TestExpert II.

Элементарная проба (размер и форма элементарной пробы материала представлена на рис. 2), закрепленная в верхнем и нижнем зажиме разрывной машины 2, при равномерном поднимании верхнего зажима деформируется. Движение зажима происходит с помощью траверсы. Траверса получает движение от привода электродвигателя, который находится внутри испытательной колонны 1. Скорость перемещения верхнего зажима регулируется в пределах 0,001-2000 мм/мин.

Для испытаний нетканых материалов медицинского назначения устанавливают скорость перемещения траверсы 100 мм/мин и задают плотность нетканых материалов в поле программы TestExpert II.

Измерение усилия, испытываемого пробой материала, происходит с помощью датчика силы. Абсолютное удлинение пробы измеряют с помощью подвижных щупов 3, расположенных на приводной колонне. Блок автоматики 4, передает результаты испытания на ПК. Результаты измерений отражаются на экране монитора ПК в виде кривой зависимости нагрузки от деформации и в виде таблицы (рис. 2).

	1 – приводная колонна испытательной машины, траверсы; 2 – верхние и нижние зажимы; 3 – щупы, для измерения относительного удлинения; 4 – блок автоматики; 5 – ограничители для траверсы.
Рисунок 1 – Разрывная машина Zwick/Roell/ BT1-FR2.5TH.140.

Типичная кривая зависимости деформации от нагрузки представлена на рис. 3.

Рисунок 2 – Размер и форма элементарной пробы материала	Рисунок 3 – Результаты определения разрывного усилия нетканых материалов при одноосном растяжении

Порядок проведения испытаний

1. Подготавливают пять образцов в продольном направлении и пять в поперечном. Размер и форма образца, представлена на рис.2.

2. Включают ПК и прибор, щелкнув иконку TestExpert II. на экране. Запуститься программное обеспечение.

3. Закрепляют образец в зажимах прибора.

5. В поле «Плотность» вводят значение плотности материала.

6. Нажимают кнопку «Старт» и записывают кривую усилие-удлинение для каждого образца.

7. Полученные данные сохраняют.

8. После разрыва образца траверса автоматически возвращается в нулевое положение, а щупы для измерения абсолютного удлинения разжимаются.

Обработка результатов

1. По кривой зависимости усилие-удлинение (пример на рис.3.) определяют разрывное усилие (Р_р⁾ и абсолютное разрывное удлинение.

2. Относительное разрывное удлинение (ε_р) рассчитывают по формуле 1.

3. Если результаты некоторых измерений резко отличаются по своему значению от остальных измерений, то они отбрасываются.

4. Определяют среднеарифметическое значение результатов, выражая среднее разрывное усилие в ньютонах с точностью до 0,001 Н и относительное разрывное удлинение при разрыве с точностью до 0,001%

5. Вычисляют случайную и относительную погрешность измерений:

- вычисляют среднее арифметическое из n одинаковых измерений. Оно принимается за наиболее вероятное значение измеряемой величины

(2)

- находят абсолютные погрешности отдельных измерений .

- вычисляют квадраты абсолютных погрешностей отдельных измерений (Δх_i)².

- определяют среднюю квадратичную ошибку среднего арифметического

(3)

- задают значение доверительной вероятности α. В лабораториях практикума принято задавать α=0,95.

- находят коэффициент Стьюдента для заданной доверительной вероятности α=0,95 и числа произведенных измерений n (приложение 3)

- определяют случайную погрешность

(4)

- оценивают относительную погрешность результата измерений

(5)

- записывают окончательный результат в виде

, с α=… Е=…%. (6)

4. Результаты измерений записывают в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений прочности на растяжение

Характристики	Номер образца			Окончательный результат	Относительная погрешность результата измерений, %
	1	….	n
Разрывное усилие при одноостном растяжении в продольном направлении, Н
Разрывное усилие при одноостном растяжении в поперечном направлении, Н
Относительное разрывное удлинение при растяжение в продольном направлении, %
Относительное удлинение, при растяжение в поперечном направлении, %

6. Делают вывод о прочности и относительном удлинении испытанных материалов. Оформляют лабораторную работу по требованиям, изложенным в приложении 2.

Контрольные вопросы

1. Что такое разрывное усилие при одноосном растяжении?

2. Опишите сущность метода испытания прочности на разрыв при растяжении.