弹性模量的测量实验方法3
弹性模量的测定实验报告
弹性模量的测定实验报告弹性模量的测定实验报告引言：弹性模量是材料力学性质的一个重要参数，用于描述材料在受力后的变形程度。
本实验旨在通过测定金属材料的拉伸变形，计算其弹性模量，并探讨不同因素对弹性模量的影响。
实验装置与方法：实验中使用的装置主要包括拉伸试验机、测量仪器和金属试样。
首先，选择一根长度为L、直径为d的金属试样，并对其进行表面处理以确保试样表面光滑。
然后，在拉伸试验机上夹住试样的两端，使其处于拉伸状态。
通过加载装置施加拉力，同时使用测量仪器记录试样的变形程度。
实验步骤：1. 准备工作：清洁金属试样表面，确保试样无明显缺陷。
2. 安装试样：将试样放入拉伸试验机夹具中，调整夹具使试样两端固定。
3. 测量初始长度：使用游标卡尺等测量工具测量试样的初始长度L0。
4. 施加拉力：通过加载装置施加逐渐增加的拉力，同时记录下相应的拉伸变形量。
5. 测量最终长度：当试样断裂时，使用测量工具测量试样的最终长度L1。
6. 数据处理：根据测得的拉伸变形量和试样的几何参数，计算弹性模量。
结果与讨论：根据实验数据，我们计算得到了金属试样的弹性模量。
在本实验中，我们选择了不同材料的试样进行测试，包括铜、铝和钢等。
通过对比不同材料的弹性模量，我们可以发现不同材料具有不同的弹性特性。
此外，我们还探究了温度和应变速率对弹性模量的影响。
实验结果表明，随着温度的升高，金属材料的弹性模量会发生变化。
这是因为温度的变化会导致材料内部晶格结构的改变，进而影响材料的弹性性质。
另外，应变速率也会对弹性模量产生影响。
较高的应变速率会导致材料内部的位错运动增加，从而使材料的弹性模量降低。
结论：通过本实验，我们成功测定了金属材料的弹性模量，并探究了不同因素对弹性模量的影响。
实验结果表明，不同材料具有不同的弹性特性，且温度和应变速率对弹性模量有一定的影响。
这对于材料科学和工程应用具有重要的意义，可为材料选择和设计提供参考依据。
总结：本实验通过测定金属材料的拉伸变形，计算其弹性模量，并探讨了不同因素对弹性模量的影响。
弹性模量测量实验方法与结果分析
弹性模量测量实验方法与结果分析弹性模量是材料力学性质的重要参数，用于描述材料的柔软度和变形能力。
测量弹性模量的方法有很多种，其中常用的包括拉伸实验、压缩实验和弯曲实验等。
拉伸实验是测量材料在拉力作用下产生的变形和应力的实验方法。
在实验中，我们通常使用一台万能试验机来进行拉伸实验。
首先，我们将待测材料样品夹在两个夹具之间，然后逐渐施加拉力，观察材料的应力-应变曲线。
根据材料的应力-应变曲线，我们可以计算出其弹性模量。
压缩实验是测量材料在压力作用下产生的变形和应力的实验方法。
同样，我们需要使用万能试验机来进行压缩实验。
与拉伸实验类似，我们将待测材料样品夹在夹具之间，然后逐渐施加压力，记录下材料的应力-应变曲线。
通过计算材料的应力-应变曲线，我们可以得到其弹性模量。
弯曲实验是测量材料在受弯曲作用下产生的变形和应力的实验方法。
在弯曲实验中，我们需要使用弯曲试验机或万能试验机。
首先，我们将待测材料样品放在弯曲试验机上，通过施加力矩来造成样品的弯曲。
实验过程中，我们记录下材料的应力-应变曲线，并计算出其弹性模量。
根据以上三种实验方法，我们可以得到材料的弹性模量。
然而，不同的实验方法所得到的结果可能会有一些差异。
这是因为材料的组织结构和性质在不同的应力下可能会发生变化，从而影响材料的弹性模量。
因此，在进行弹性模量测量时，我们需要注意选择合适的实验方法，并考虑实验条件对结果的影响。
除了上述实验方法，还有一些其他测量弹性模量的方法，例如超声波测量、共振频率测量等。
超声波测量方法利用超声波在材料中传播的速度来计算弹性模量。
共振频率测量方法则是通过观察材料在共振状态下的振动频率来得到弹性模量。
这些非传统的方法在特定领域具有重要的应用价值。
总结起来，弹性模量的测量是材料力学性质研究中的重要工作之一。
通过拉伸、压缩和弯曲等实验方法，我们可以获得材料的弹性模量。
然而，在进行实验时需要注意实验条件的选择和控制，以获得准确和可靠的实验结果。
弹性参数测定实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉弹性参数测定的基本原理和方法；2. 掌握测定材料的弹性模量、泊松比等弹性参数的实验步骤；3. 培养实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理弹性参数是描述材料在受力后发生形变与应力之间关系的物理量。
本实验采用拉伸试验方法测定材料的弹性模量和泊松比。
1. 弹性模量（E）：在弹性范围内，应力（σ）与应变成正比，比值称为材料的弹性模量。
其计算公式为：E = σ / ε其中，σ为应力，ε为应变成分。
2. 泊松比（μ）：在弹性范围内，横向应变（εt）与纵向应变（εl）之比称为泊松比。
其计算公式为：μ = εt / εl三、实验仪器与材料1. 仪器：材料试验机、游标卡尺、引伸计、应变仪、万能试验机、数据采集器等；2. 材料：低碳钢拉伸试件、标准试样、引伸计、应变仪等。
四、实验步骤1. 准备工作：将试样安装到材料试验机上，调整好试验机夹具，检查实验设备是否正常；2. 预拉伸：对试样进行预拉伸，以消除试样在安装过程中产生的残余应力；3. 拉伸试验：按照规定的拉伸速率对试样进行拉伸，记录拉伸过程中的应力、应变等数据；4. 数据处理：根据实验数据，计算弹性模量和泊松比；5. 结果分析：对比实验结果与理论值，分析误差产生的原因。
五、实验结果与分析1. 弹性模量（E）的计算结果：E1 = 2.05×105 MPaE2 = 2.00×105 MPaE3 = 2.03×105 MPa平均弹性模量E = (E1 + E2 + E3) / 3 = 2.01×105 MPa2. 泊松比（μ）的计算结果：μ1 = 0.296μ2 = 0.293μ3 = 0.295平均泊松比μ = (μ1 +μ2 + μ3) / 3 = 0.2943. 结果分析：实验结果与理论值较为接近，说明本实验方法能够有效测定材料的弹性参数。
实验过程中，由于试样安装、试验机夹具等因素的影响，导致实验结果存在一定的误差。
混凝土弹性模量的测量方法
混凝土弹性模量的测量方法一、前言混凝土是建筑中常用的材料之一，其性能的好坏对建筑的质量和稳定性有着至关重要的影响。
混凝土的弹性模量是描述其弹性行为的重要参数之一，测量混凝土弹性模量可以为建筑设计和施工提供重要的参考数据。
本文将介绍混凝土弹性模量的测量方法。
二、测量原理和方法混凝土的弹性模量是描述其弹性行为的参数之一，表示混凝土在受到力的作用下的变形程度。
混凝土弹性模量的测量方法有多种，下面将分别介绍常用的三种方法。
1. 静载荷法静载荷法是一种简单、实用的测量混凝土弹性模量的方法。
其原理是通过施加不同大小的荷载，测量混凝土的变形量和荷载之间的关系，从而计算出混凝土的弹性模量。
具体步骤如下：（1）在混凝土试件上标定平面和轴线。
（2）将试件放在弹性台架上，用调整螺栓进行调整，使其符合标准规定的要求。
（3）将荷载施加在试件上，并记录荷载和试件的变形量。
（4）根据荷载和试件的变形量计算出弹性模量。
2. 激励反应法激励反应法是一种通过激励混凝土试件，测量其反应来计算出混凝土弹性模量的方法。
具体步骤如下：（1）在混凝土试件上标定平面和轴线。
（2）将试件放在弹性台架上，用调整螺栓进行调整，使其符合标准规定的要求。
（3）用激励器在试件上施加一定频率和振幅的激励信号。
（4）用加速度计测量试件的振动响应，然后根据振动响应和激励信号计算出弹性模量。
3. 时间域反射法时间域反射法是一种通过测量混凝土试件中超声波的传播时间和反射强度来计算混凝土弹性模量的方法。
具体步骤如下：（1）在混凝土试件上标定平面和轴线。
（2）将试件放在弹性台架上，用调整螺栓进行调整，使其符合标准规定的要求。
（3）将超声波信号发送到试件中，测量信号的传播时间和反射强度。
（4）根据超声波信号的传播时间和反射强度计算出混凝土的弹性模量。
三、实验注意事项1. 实验环境实验室环境应符合标准规定的要求，温度和湿度应控制在合适的范围内。
实验过程中应保持室内的平稳，避免外界干扰。
弹性模量的测量实验报告
弹性模量的测量实验报告一、实验目的1、掌握测量弹性模量的基本原理和方法。
2、学会使用相关实验仪器，如拉伸试验机等。
3、加深对材料力学性能的理解，培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理弹性模量是描述材料在弹性变形阶段应力与应变关系的比例常数，通常用 E 表示。
对于一根长度为 L、横截面积为 S 的均匀直杆，在受到轴向拉力 F 作用时，其伸长量为ΔL。
根据胡克定律，在弹性限度内，应力（σ ＝ F/S）与应变（ε ＝ΔL/L）成正比，比例系数即为弹性模量E，即 E ＝σ/ε ＝（F/S)／（ΔL/L) ＝ FL/（SΔL)。
在本实验中，通过测量施加的拉力 F、试件的初始长度 L、横截面积 S 和伸长量ΔL，即可计算出弹性模量 E。
三、实验仪器1、拉伸试验机：用于施加拉力并测量力的大小。
2、游标卡尺：测量试件的直径，以计算横截面积。
3、钢尺：测量试件的长度。
四、实验材料选用圆柱形的金属试件，如钢材。
五、实验步骤1、测量试件尺寸用游标卡尺在试件的不同部位测量其直径，测量多次取平均值，计算横截面积 S ＝π(d/2)＾2，其中 d 为平均直径。
用钢尺测量试件的初始长度 L。
2、安装试件将试件安装在拉伸试验机的夹头上，确保试件与夹头同轴，且夹持牢固。
3、加载测量缓慢启动拉伸试验机，逐渐施加拉力 F，记录下不同拉力下试件的伸长量ΔL。
加载过程应均匀缓慢，避免冲击。
4、数据记录记录每次施加的拉力 F 和对应的伸长量ΔL，至少测量 5 组数据。
5、实验结束实验完成后，缓慢卸载拉力，取下试件。
六、实验数据处理1、计算应变根据测量得到的伸长量ΔL 和初始长度 L，计算应变ε ＝ΔL/L 。
2、计算应力由施加的拉力 F 和横截面积 S，计算应力σ ＝ F/S 。
3、绘制应力应变曲线以应力为纵坐标，应变为横坐标，绘制应力应变曲线。
4、计算弹性模量在应力应变曲线的弹性阶段，选取线性较好的部分，计算其斜率，即为弹性模量 E 。
弹性模量的测量实验方法3
1.弹性模量的测量3.2.1 试验仪器与方法试验采用平板圆柱压头测定PV A-HA-Silk 复合水凝胶的压缩弹性模量。
测试装置与应力松弛装置相同，在UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机上，压头尺寸为Ф4mm ，试验中试样厚度为1.5mm ，试样压缩位移为试样厚度的5/8，加载速度为5mm/min ，采样间隔为0.02s 。
过程中初期产生的变形视作线弹性变形。
UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机直接采集压痕深度和压力随时间变化的数据，而压痕法测弹性模量所关注的是压力随压痕深度的变化关系，因此对从试验机上获得的数据做以下处理：将试验机中的“test file”转换为文本文档，根据压痕深度和压力的变化选取瞬时冲击的数据段，导入origin 软件后绘出压力随压痕变化的图像，将该图像进行线性拟合得到一条直线，进而使用origin 中的微分功能求出该直线的斜率，由弹性模量的定义式(3-4)可以求出PV A-HA-Silk 复合水凝胶的弹性模量值。
k Ap Fh E ===εσ （3-4）式中E ：弹性模量；σ：应力； ε：应变； F ：作用载荷；h ：试样厚度 A ：试样横截面积；p ：试样压缩变形 k ：应力应变曲线斜率2.渗透率的测量3.5.1 试验原理 (Testing Principle)渗透率是指完全充满孔隙空间的、单位压力梯度下粘度为1cP 的流体通过单位横截面积孔隙介质的体积流量，是多孔介质允许流体通过能力的量度。
在液体流动过程中，渗透率是衡量流体通过多孔材料的阻力或者摩擦力。
根据达西定律[136]，液体流动速率与施加于多孔材料的压力梯度成正比，与液体粘度成反比，故→→∆=P kv μ (3-2)其中，k 是多孔材料的渗透率，→∆P 是驱动液体流动的压力梯度，μ是液体粘度，→v 是通过整个多孔介质的体积流量速率。
对于一维的流动方向来说，式(3-2)可以改为 dxdP k V A Q x μ== (3-3)其中，Q 是不可压缩液体的体积流量速率，A 为液体通过多孔材料的截面积。
拉伸法测弹性模量实验报告
2.1拉伸法测弹性模量一、实验目的：(1)学习用拉伸法测量弹性模量的方法(2)掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用(3)练习用逐差法处理数据二、实验原理(1)弹性模量及其测量方法长度为L、截面积为S的均匀细金属丝，沿长度方向受外力F后伸长δL。
单位横截面积上的垂直作用力F/S称为正应力，金属丝的相对伸长δL/L称作线应变。
实验得出，在弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即胡克定律：F S =EδLL式中比例系数E=F/S δL/L称作材料的弹性模量，表征材料本身的性质。
弹性模量越大的材料，要使它发生一定的相对型变所需的单位横截面积上的作用力也越大。
E的单位是Pa。
本实验测量钢丝的弹性模量，设钢丝的直径为D，则弹性模量可进一步表示为：E=4FL πD2δL实验中的测量方法是将钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施力F，测出钢丝相应的伸长量δL，即可求出E。
钢丝长度L用钢尺测量，钢丝直径用螺旋测微计测量，力F由砝码的重力F=mg求出。
δL一般很小，约0.1mm量级，本实验用读数显微镜测量（也可用光杠杆等其它方法测量）。
通过多次测量并用逐差法处理数据达到减少随机误差的目的。
(2)逐差法处理数据本实验中测量10组数据，分成前后两组，对应项相减得到5个l i，l i=5δL，则：δL=15×5y i+5−y i5i=1这种方法称为逐差法。
其优点是充分利用了所测数据，可以减少测量的随机误差，也可以减少测量仪器带来的误差。
三、实验仪器支架：用以悬挂被测钢丝；读数显微镜：用以较准确的测量微小位移。
由物镜和测微目镜构成。
测微目镜鼓轮上有100分格，鼓轮转动一圈，叉丝移动1mm。
故分度值为0.01mm；底座：用以调节钢丝铅直；钢尺、螺旋测微计：测量钢丝的长度和直径。
四、实验步骤(1)调整钢丝竖直：钢丝下夹具上应先挂砝码钩，用以拉直钢丝。
调节底座螺钉使夹具不与周围支架碰蹭。
(2)调节读数显微镜：粗调显微镜高度，使之与钢丝下夹具的标记线同高，再细调读数显微镜。
混凝土的弹性模量测试方法
混凝土的弹性模量测试方法一、静载试验法静载试验法是测定混凝土弹性模量最常用的方法之一。
其中，又分为抗压弹性模量测试和拉伸弹性模量测试。
1、抗压弹性模量测试试件制备：按照相关标准制作棱柱体试件，通常尺寸为150mm×150mm×300mm。
试验装置：使用压力试验机，配备高精度的位移测量装置。
加载过程：先对试件进行预压，消除初始缝隙。
然后以一定的加载速度分级加载，直至达到规定的荷载值。
在加载过程中，同时测量试件的变形量。
数据处理：根据所测的荷载和变形数据，绘制应力应变曲线。
弹性模量取应力应变曲线直线段的斜率。
2、拉伸弹性模量测试试件制备：制作哑铃状或狗骨头状的试件。
试验装置：使用专门的拉伸试验机。
加载方式：与抗压弹性模量测试类似，分级加载并测量变形。
数据处理：同样通过应力应变曲线直线段的斜率确定拉伸弹性模量。
静载试验法的优点是测试结果较为准确可靠，但试验过程较为复杂，对试验设备和操作要求较高。
二、动力测试法动力测试法基于混凝土在振动作用下的响应来确定弹性模量。
1、共振法原理：通过激振装置使试件产生振动，当激振频率与试件的固有频率相等时，发生共振。
根据共振频率、试件的尺寸和质量，计算出弹性模量。
试验装置：包括激振器、传感器、信号采集与分析系统等。
操作过程：将试件安装在支架上，施加激振力，测量共振频率。
数据处理：利用相关公式计算弹性模量。
2、超声波法原理：利用超声波在混凝土中的传播速度与弹性模量之间的关系来测定。
试验设备：超声波检测仪，包括发射探头和接收探头。
测试步骤：在试件的相对两个面上分别放置发射探头和接收探头，测量超声波的传播时间。
数据处理：根据传播时间和试件尺寸，结合经验公式计算弹性模量。
动力测试法具有快速、无损等优点，但测试结果的准确性可能受到混凝土内部缺陷和不均匀性的影响。
三、间接测试法间接测试法不是直接测量混凝土的弹性模量，而是通过其他相关参数来推算。
1、回弹法原理：使用回弹仪弹击混凝土表面，根据回弹值来估算混凝土的强度和弹性模量。
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1.弹性模量的测量3.2.1 试验仪器与方法试验采用平板圆柱压头测定PV A-HA-Silk 复合水凝胶的压缩弹性模量。
测试装置与应力松弛装置相同，在UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机上，压头尺寸为Ф4mm ，试验中试样厚度为1.5mm ，试样压缩位移为试样厚度的5/8，加载速度为5mm/min ，采样间隔为0.02s 。
过程中初期产生的变形视作线弹性变形。
UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机直接采集压痕深度和压力随时间变化的数据，而压痕法测弹性模量所关注的是压力随压痕深度的变化关系，因此对从试验机上获得的数据做以下处理：将试验机中的“test file”转换为文本文档，根据压痕深度和压力的变化选取瞬时冲击的数据段，导入origin 软件后绘出压力随压痕变化的图像，将该图像进行线性拟合得到一条直线，进而使用origin 中的微分功能求出该直线的斜率，由弹性模量的定义式(3-4)可以求出PV A-HA-Silk 复合水凝胶的弹性模量值。
k Ap Fh E ===εσ （3-4）式中E ：弹性模量；σ：应力； ε：应变； F ：作用载荷；h ：试样厚度 A ：试样横截面积；p ：试样压缩变形 k ：应力应变曲线斜率2.渗透率的测量3.5.1 试验原理 (Testing Principle)渗透率是指完全充满孔隙空间的、单位压力梯度下粘度为1cP 的流体通过单位横截面积孔隙介质的体积流量，是多孔介质允许流体通过能力的量度。
在液体流动过程中，渗透率是衡量流体通过多孔材料的阻力或者摩擦力。
根据达西定律[136]，液体流动速率与施加于多孔材料的压力梯度成正比，与液体粘度成反比，故→→∆=P kv μ (3-2)其中，k 是多孔材料的渗透率，→∆P 是驱动液体流动的压力梯度，μ是液体粘度，→v 是通过整个多孔介质的体积流量速率。
对于一维的流动方向来说，式(3-2)可以改为 dxdP k V A Q x μ== (3-3) 其中，Q 是不可压缩液体的体积流量速率，A 为液体通过多孔材料的截面积。
关节软骨的渗透率测试方法，如图3-10所示。
在软骨试样的上表面施加压力，致使液体能够流通整个软骨。
借助于U 型管的等压原理，通过软骨后的流体能够增加右边的毛细玻璃管液体柱高度。
而毛细玻璃管的液体变化率，是与通过软骨试样的液体速率有直接关系的。
根据质量守恒定律，通过软骨试样的液体流量等于毛细玻璃管的液柱高度变化量，则t t c c t c A V A V or Q Q == (3-4)其中，下表c 、t 分别代表软骨和毛细玻璃管，V 、A 分别元件的液体体积流动速率和对应的截面积。
流过软骨试样的体积流量为c tt c A A V V = (3-5)毛细玻璃管的体积变化量，能够通过液柱变化的高度和时间来计算。
h 1、h 2分别表示时刻t 1和t 2的毛细玻璃管液柱高度。
则通过软骨试样的体积流量为th t t h h A A t h V c t c ∆∆--=∆∆=1212 (3-6) 在渗透率测试的过程中，软骨试样承受的压力梯度为h P P dx dP a -=1 (3-7)其中，P 1和P a 分别是试验时施加的外部压强和大气压强。
将式（3-6）和（3-7）都代入式（3-3），得a c t P P h A A t t h h k -⨯⨯--=11212μ (3-8)则式(3-8)是关节软骨渗透率测试的计算公式。
因此，试验时需要测定液体粘度、液柱高度、软骨试样面积和厚度、毛细玻璃管的截面积和外部施加的压强等参数。
图3-10渗透率测试的原理示意图 Fig 3-10 Principle schematics of a penetrating testing3.5.2 试验装置(Testing Equipment)关节软骨的渗透测量装置是由高压气瓶、充气阀、减压阀、试验阀、软骨渗透装置、溢流阀、毛细玻璃管、刻度尺和水箱等元件组成，如图3-11所示。
在试验时，先打开充气阀，高压气瓶输出高压气体流到减压阀。
减压阀将高压气体转化为低压气体，过一段时间后，获得稳压的低压气体。
再打开试验阀，低压气体经过软骨渗透装置，致使少量液体流入到毛细玻璃管，记录刻度尺上的液柱读数。
而溢流阀功能主要是在试验前调节毛细玻璃管的液柱高度，确保在试验过程中的液柱高度在刻度尺的量度范围之内。
为了减少试验中的读数误差，采用数码相机记录刻度尺上的读数，确保试验结果的准确性。
图3-11 渗透率测试的装置示意图Fig 3-11 Equipment schematics of a penetrating testing图3-12软骨渗透装置的示意图Fig 3-12 Schematics of the penetrating equipment from articular cartilage软骨渗透装置实现气体进入和液体流出的功能，主要是由锁紧螺母、O型密封圈、试样夹具、多孔板、软骨试样、有机玻璃、平面夹板和铁架台等元件组成，如图3-12所示。
试验时，为了防止软骨试样在液体流动中不产生变形，在软骨试样上下表面的夹具中添加了2mm多孔板（超高分子聚乙烯，通孔）。
考虑到软骨上下表面及周围的密封性，软骨并没有直接与试样夹具（材料为45钢）接触，而是采用夹具、有机玻璃和软骨试样的连接方式。
采用TS495瞬干胶快速粘结了夹具与有机玻璃和有机玻璃与软骨的结合面。
1h 后，将夹具、有机玻璃和软骨试样的周围部分用AB胶固化12h，确保试验时不会发生气体泄漏而影响测量结果。
最后，用平面夹板、螺栓和螺母等元件将渗透装置固定，通过万能夹将整个装置固定在铁架台上进行试验。
软骨渗透测试的装置实物图，如图3-13所示。
3.5.3 试验材料(Materials)试验时，采用Φ7.8mm×3.4mm的圆柱试样，其软骨层和软骨下骨的平均厚度分别是1.4mm和2mm。
用手术刀片将软骨层从软骨下骨剥离下来，通过TS495瞬干胶将关节软骨上下表面与有机玻璃粘结，试样的其余部分和试验步骤均与2.2.1和3.5.2相同。
此外，式(3-8)中的测量参数如下：毛细玻璃管的截面积为0.283mm2，关节软骨的实际流通面积为12.566mm2，试验中采用的外部压强为为0.4Mpa、0.7Mpa和1.1Mpa，试验时间约为6000s，液体的粘度为1.009×10-3Pa·s。
3.3 工艺因素对PVA水凝胶力学性能的影响PVA水凝胶中，PVA为连续相(见图1及图2)，并产生部分结晶，使整体材料保持一定的强度；而大量PVA无定形区的存在，加之水分子分散其中，起到外增韧的作用，水分子可以自由运动，因而使PVA分子具有更大的活动空间，这样PVA水凝胶的整体具有很好的弹性。
图4为不同工艺条件下水凝胶试样的应力-应变曲线，表3为PVA-水凝胶力学性能试验结果。
由表2、表3及图4可见，增加PVA水溶液的浓度并对试样进行真空脱水时，试样的结晶度增加，抗拉强度提高，弹性模量也提高，当对试样进行辐照交联时，结晶度减小(见表2)，但抗拉强度提高，弹性模量增加(见表3)，说明辐照使结晶区的部分PVA分子产生交联，破坏了结晶，从而使结晶度降低，同时由于产生交联而使力学性能提高。
图4 PVA水凝胶的应力-应变曲线Fig 4 The stress-strain curves of PVA-hydrogel在材料试验机上，以很快的速度对试样加载，试样将在瞬间产生弹性变形。
人体在行走期间对关节加载的时间为0.5～1 s［7］，而1 s内试样的变形可视为弹性变形。
因此，本试验中选取1 s内的压缩弹性模量与人关节软骨弹性模量作比较。
通过压痕试验，可按下式计算材料的压缩弹性模量，材料的压缩弹性模量和抗拉弹性模量列于表3，表中同时列出了人关节和人工关节材料的弹性模量作比较。
E=F/(2.67PR)其中：F为作用载荷；P为“瞬时”压痕深度；R为压头半径。
表3 PVA水凝胶的力学性能Table 3 The mechanical properties of PVA-hydrogels1. 14% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, then dehydrated in vacuum for 8h, water content 86.5%；2. 18% AqueousPoly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃,then dehydrated in vacuum for 4h, water content 81.4%；3. 18% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, then dehydrated in vacuum for 8h, water content 78.4%；4. 18% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, cross-linked by irradiation(16 Mrad), water content 83.5%；5. 18% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, then dehydrated in vacuum for 8h,cross-linked by irradiation(16 Mrad),water content 80.6%由表3可见，目前所采用的人工关节材料(不锈钢、UHMWPE)的弹性模量与人关节软骨的相差甚远，为减少“应力遮挡”，宜采用“等弹性”设计［9］。
PVA水凝胶可能是一种理想的人工软骨材料［8］。
4 结论(1)采用反复冷冻及真空脱水处理方法获得的PVA水凝胶材料，其弹性模量和人关节软骨相近，较有希望成为理想的人工软骨材料。
(2)PVA水凝胶中，PVA分子为连续相，水分子分散其中。
(3)反复冷冻、真空脱水及辐照交联使PVA水凝胶结晶度增加，力学性能提高。
* 国家自然科学基金资助项目(59775038)作者单位：顾正秋肖久梅张湘虹(北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀工程系，北京100083)参考文献[1] Fisher J, Dowson D. Tribology of total artificial joints. Proc Instn Mech Engrs, 1991; 205H∶73[2] Unsworth A. Soft layer lubrication of artificial hip joints. Proc IME, 1987; 201H∶715[3] Stokes K, Mcvenes R. Polyurethane Elastomer Biostability. Journal of Biomaterials Applications, 1995; 9∶321[4] Bray JC,Merrill EW. Poly(vinyl alcohol) Hydrogels for synthetic articular cartilage material.Journal of Biomedicine Materials Research, 1973; 7∶431[5] Peppas NA, Turbidimetric studies of aqueous Poly(vinyl alcohol) solutions. Die Makromolekulare Chemie, 1975; 176∶3433[6] Peppas NA, Hansen PJ. Crystallization kinetics of Poly(vinyl Alcohol). Journal of Applied Polymer Science, 1982; 27∶4787[7] Kempson GE. Mechanical properties of articular cartilage. In: Freeman AR ed. Adult Articular Cartilage, Turnbridge wells,England:Pitman Medical, 1979∶333[8] Oka M et al. Development of an artificail articular cartilage. Clin Mater, 1990; 6∶361[9] Morscher E, Mathys R, Henche HR. Iso-elastic endoprosthesis-A new concept in artificial joint replacement, In: Schaldach M and Hohman D eds. Advances in artificial hip and knee joint technology,Berlin:Springer-Verlag, 1976∶403。