蠕变及应力松弛试验
腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究
腰椎松质骨应力松弛蠕变实验研究腰椎的松质骨是由骨细胞和骨基质组成的，主要起到承担压力和维持脊柱稳定的作用。
然而，由于长时间的坐姿生活和缺乏运动，腰椎松质骨可能会出现松弛和蠕变的现象，导致腰椎间盘脱出或骨质增生等问题。
为了解决这一问题，本研究主要通过实验研究的方法来探究腰椎松质骨的应力松弛和蠕变情况。
本研究选择一组健康的成年人，采用主动脊柱牵引法对其进行实验处理。
首先，通过X光、MRI等影像技术获取腰椎松质骨的形态和组织结构信息。
然后，将被试者以50%的身高为跨步长度，用带有腰部支撑的设备固定站立，两腿间的距离与肩同宽。
接下来，使用电子动力牵引仪进行牵引处理，施加不同的牵引力，包括身体质量的10%、20%和30%，每个力度维持10分钟。
通过动作捕捉系统来记录实验过程中骨骼的位移和关节的变动情况。
在实验进行过程中，需要根据实际情况对应变量进行测量和记录。
首先，需要测量松质骨的变形量，通过实时观察和记录测量腰椎的位移、角度和曲率等指标，以评估松质骨的应力松弛情况。
其次，还需要测量骨基质的变形量，通过测量腰椎骨密度和骨小梁结构等指标，以评估松质骨的蠕变情况。
最后，还可以根据被试者的反馈和主观感受来评估牵引处理的效果和舒适度。
通过上述实验研究，可以得到腰椎松质骨应力松弛和蠕变的相关数据，为进一步研究和了解腰椎松质骨的生理和病理变化提供依据。
同时，还可以通过比较不同牵引力度下的实验结果，评估不同力度对腰椎松质骨的影响程度，为临床治疗和康复提供指导意义。
此外，还可以结合数学和力学模型，对实验结果进行数值模拟和预测，进一步探究腰椎松质骨应力松弛和蠕变的机理。
综上所述，腰椎松质骨的应力松弛和蠕变是目前研究的热点之一、通过实验研究可以获取腰椎松质骨的应力松弛和蠕变情况，为后续研究和临床治疗提供理论依据。
在实际操作中，需要合理选择实验方案和测量方法，并结合生理学和力学理论进行综合分析，以获得准确的研究结果。
通过不断的实验研究和理论研究，可以更好地理解和控制腰椎松质骨的应力松弛和蠕变过程，为腰椎疾病的预防和治疗提供有效的手段和措施。
混凝土蠕变与应力松弛耦合破坏及临界幂律行为
混凝土蠕变与应力松弛耦合破坏及临界幂律行为混凝土是一种广泛应用于结构工程领域的材料，但其力学性质受多种因素影响，其中包括温度、湿度和时间等因素。
在实际使用中，混凝土可能存在蠕变和应力松弛等行为，这些行为可能引起破坏，影响其力学性能。
因此，深入了解混凝土的这些行为特性及其临界幂律行为具有重要意义。
混凝土的蠕变行为指的是在长期外载荷作用下，混凝土会产生变形，并维持在一定的应力水平下。
蠕变行为的发生是因为混凝土在长时间内受到应力作用，其内部的分子结构发生了持续性变化。
蠕变行为不可逆，即使消除载荷，混凝土的变形也不会完全恢复到初始状态。
除了外载荷之外，温度、湿度等因素也会对混凝土的蠕变行为产生一定的影响。
混凝土的应力松弛行为指的是在恒定应变的作用下，混凝土的应力会随时间变化而逐渐降低。
应力松弛行为与蠕变行为存在相似之处，但应力松弛是由应变作用引起的，而不是外载荷作用。
应力松弛会导致混凝土在一段时间内失去一部分强度，从而影响其总体力学性能。
蠕变和应力松弛行为在混凝土材料中的特性和临界幂律行为密切相关。
临界幂律行为是指在某些特定条件下，混凝土蠕变和应力松弛行为会呈现出与时间的幂律相关的特性。
这种幂律趋势对于预测混凝土的长期强度和耐久性具有重要意义。
通过对混凝土蠕变和应力松弛行为的临界幂律分析，可以更好地理解混凝土材料的内部结构和变形特性，从而提高混凝土的设计与应用的准确性和可靠性。
在混凝土的蠕变和应力松弛行为研究中，常用的试验方法包括等温蠕变试验和等变应力松弛试验等。
通过这些试验方法可以测量混凝土材料在长时间内的应变和应力变化特性，从而得到混凝土材料的应力松弛曲线和蠕变曲线。
同时，还可以对不同因素对混凝土蠕变和应力松弛行为的影响进行研究。
这些试验和研究可以为混凝土结构的设计和应用提供重要依据。
总之，混凝土的蠕变和应力松弛行为及其临界幂律行为对于混凝土结构的长期强度和力学性能表现具有重要意义。
深入研究这些行为的特性和机理，对于指导混凝土结构的设计和应用，提高混凝土结构的耐久性和可靠性具有重要的理论和实践意义。
蠕变应力松弛
蠕变定义：蠕变是在应力影响下，固体材料缓慢永久性的移动或者变形的趋势。
它的发生是低于材料屈服强度的应力长时间作用的结果。
这种变形的速率与材料性质、加载时间、加载温度和加载结构应力有关。
取决于加载应力和它的持续时间和环境温度，这种变形可能变得很大，以至于一些部件可能不再发挥它的作用。
阶段过程：1初步蠕变，形变率相对较大，但是随着应变的增加减慢。
2稳态蠕变，形变率达到一个最小值并接近常数，“蠕变应变率”就是指这一阶段的应变率。
3颈缩现象，应变率随着应变增大指数性的增长。
晶体蠕变（考虑金属）公式： Q m kTb d C e dt d εσ-=其中：ε是蠕变应变，C 是一个依赖于材料和特别蠕变机制的常数，m 和b 是依赖于蠕变机制的指数，Q 是蠕变机制的激活能，σ是加载应力，d 是材料的晶粒尺寸，k 是波尔兹曼常数，T 是绝对温度。
位错蠕变在相对于剪切模量的高应力条件下，蠕变是一个受位错控制的运动。
当应力加载在材料上时，由于滑移面中的位错移动而塑性变形发生。
位错蠕变中，self diffusion Q Q -=，46m =，0b =。
因此位错蠕变强烈依赖于加载应力而不依赖于晶粒尺寸。
引入初始应力0σ，低于初始应力时无法测量。
这样，方程就写成0()Q m kT d C e dtεσσ-=-。
Nabarro-Herring 蠕变在N-H 蠕变中，原子通过晶格扩散，造成晶粒沿着应力轴伸长。
k 和原子通过晶格的扩散系数有关，self diffusion Q Q -=，1m =，2b =。
因此N-H 蠕变是一种弱应力依赖、中等晶粒尺寸依赖的蠕变，它的蠕变形变率随着晶粒尺寸增长而降低。
故公式变化成：2Q kT d C e dt dεσ-= 上图是相关文献中的表格，按蠕变机理不一样确定指数m （在表中是n ），以及常见金属对应的激活能。
注意：金属蠕变在受力元件温度超过0.3T α（T α是熔点温度）时才开始显现出来，把常见金属熔点温度列出来。
第六节-蠕变及应力松弛试验
和应力松弛就愈明显
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高分子材料分析与性能测试
第八节 疲劳试验
• 一块塑料片或细铁丝经过多次的弯折后会折断，这就 是材料的疲劳过程。
• 所有材料无论是合成的还是天然的都会受到疲劳现象 的影响。
• 80 ％～90 ％的设备使用损坏都是由疲劳引起的。
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高分子材料分析与性能测试
一、概念
• 疲劳试验分为拉压、弯曲、扭转、冲击、组合应力 等试验方法 。
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高分子材料分析与性能测试
杠杆式拉伸应力松弛仪
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 平衡重锤 1 的重量和位置是固定的，由可移动重锤 2 的 位置来调节，通过载荷杆 4 加在试样上的负荷。
• 在初始时间 t0 时，快速施加一负荷，即可移动重锤 2 达 某一位置，使试样产生一定的形变和初始的应力，且使 杠杆支点“ o ”两边的力矩相平衡，此时触点开关 3 为 开启状态。
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高分子材料分析与性能测试
• 变形测量系统：在加载后，能随着加载时间的增加而 自动连续地侧定试样的形变。精度一般要求达到测定 形变的士 1 ％。
• 加热系统：温度和湿度的控制装置，采用恒温恒湿箱。 能自动连续地记录箱内温度和湿度的装置。
• 夹具：要求保证加载轴线与试样纵向轴线相重合，升 高载荷时，试样和夹具不允许有任何位移。
• 测试标准 GB 11546－1989
• 1．试验设备试验
• 加载荷系统：恒载荷和变载荷装置
• 形变小的材料，采用恒载荷装置；
• 形变较大的材料，由于试样的横截 面积变化较大，因此其应力变化也 大，为了保持其应力恒定，应采用 变载荷的加载装置。
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高分子材料分析与性能测试
apdl蠕变应力松弛
apdl蠕变应力松弛
APDL蠕变应力松弛（APDL creep stress relaxation）是一种用于分析材料在长时间加载下应力松弛行为的方法。
APDL代表ANSYS Parametric Design Language，是ANSYS软件中的一个编程语言，可以用于控制和定制有限元分析。
蠕变是指材料在持续应力加载下会发生的时间依赖性变形。
而蠕变应力松弛是指长时间内应力持续施加后，材料的应力逐渐减小的现象。
这种行为在很多工程领域中都有重要的应用，比如材料的稳定性分析和寿命预测等。
在APDL中，可以使用蠕变应力松弛命令来模拟蠕变应力松弛行为。
该命令可以通过指定加载时间、加载应力和材料的蠕变参数来模拟材料在长时间下的应力松弛行为。
通过分析蠕变应力松弛数据，可以得到材料的蠕变特性，比如蠕变指数和松弛率等。
使用APDL进行蠕变应力松弛分析需要考虑材料的蠕变特性和加载条件等因素，同时还需要进行合理的网格划分和求解设置等。
该方法可以帮助工程师更好地理解和预测材料在长时间加载下的行为，为工程设计和材料选择提供参考。
岩石蠕变性能和徐变性能测试方法与分析
岩石蠕变性能和徐变性能测试方法与分析岩石是地壳中的基本构造材料，其性能对于地下工程的设计和施工起着至关重要的作用。
岩石的蠕变性能和徐变性能是研究岩石长期稳定性和变形特性的重要指标。
本文将对岩石蠕变性能和徐变性能的测试方法和分析进行介绍和探讨。
一、岩石蠕变性能的测试方法与分析1. 岩石蠕变性能的定义及重要性岩石蠕变性是指在恒定的应力条件下，岩石随时间的延续而发生的不可逆性变形。
蠕变性能是岩石长期稳定性的重要指标之一，对于地下工程的安全运营和设计起着至关重要的作用。
2. 岩石蠕变性能的测试方法（1）直接剪切试验法：通过对岩石样品施加恒定剪切应力，观察岩石的剪切应变随时间的变化，以评估岩石的蠕变性能。
（2）恒定应力压缩试验法：通过施加恒定应力对岩石样品进行压缩，观察岩石的应变随时间的变化，以评估岩石的蠕变性能。
（3）恒定应力拉伸试验法：通过施加恒定应力对岩石样品进行拉伸，观察岩石的应变随时间的变化，以评估岩石的蠕变性能。
3. 岩石蠕变性能的分析方法（1）蠕变曲线分析：根据岩石蠕变性能测试获得的实验数据，构建蠕变曲线，分析曲线的特征，如蠕变速率、蠕变应变等，以评估岩石的蠕变性能。
（2）蠕变模型分析：将蠕变性能的实验数据输入到合适的蠕变模型中，通过模型仿真分析，得到岩石的蠕变特性和变形规律，以评估岩石的蠕变性能。
二、岩石徐变性能的测试方法与分析1. 岩石徐变性能的定义及重要性岩石徐变性是指在恒定应力条件下，岩石随时间的延续而发生的可逆性变形。
徐变性能是评估岩石短期变形特性和应力松弛程度的指标。
2. 岩石徐变性能的测试方法（1）应力松弛试验法：通过施加恒定应力，观察岩石应变随时间的变化，以评估岩石的徐变性能。
（2）弛豫试验法：通过施加瞬时应力，观察岩石应变随时间的变化，再施加恒定应力，观察应变的进一步变化，以评估岩石的徐变性能。
3. 岩石徐变性能的分析方法（1）弛豫-徐变模型分析：根据弛豫试验与徐变试验的实验数据，将其输入到合适的模型中，通过模型分析得到岩石的徐变特性和变形规律，以评估岩石的徐变性能。
橡胶制品的应力松弛、压缩永久变形、蠕变
原创：橡胶制品的应力松弛、压缩永久变形、蠕变橡胶制品受力时，使橡胶大分子聚集体离开势能变低或熵值较大的平衡，从而过度到势能变高或熵值较小的非平衡状态转变致使产生变形。
由于橡胶是黏性和弹性的结合体（液相-固体）,在产生变形时需要时间，造成橡胶在应力-应变受到形变的速度和温度等条件影响。
先提出三个概念：应力松弛：在一定环境条件下，将橡胶制品拉伸到一定长度（100%或200%）,观察定伸应力随着时间延长，应力逐渐变小的现象称之为应力松弛。
应力衰减的主要原因，胶条承受应力逐渐消耗与分子链运动时要克服黏性的内阻。
其特点是开始快而后变慢。
这就是我们经常见的橡皮筋初始咋扎力很大，一天过后就没有紧的缘故。
压缩永久变形：主要是受橡胶恢复能力所支配，影响恢复能力的因素有分子之间的作用力（粘性）、网络结构的变化或破坏、分子间的位移等。
当橡胶的变形是由于分子链的伸张引起的，它的恢复（或者永久变形的大小）主要由橡胶的弹性所决定，如果橡胶的变形还伴有网络的破坏和分子链的相对流动，这部分可以说是不可恢复的。
橡胶压缩永久变形的大小除了与橡胶的种类有关，其它的如填充剂的结构与粒径、硫化体系、增塑剂、硫化时间、测试的试样形状等因素都会影响到最终结果的大小。
而作为密封橡胶制品最为重要的一项指标，系统的开展各种不同因素单独或并存情况下对压缩永久变形的研究显得尤为重要。
蠕变：橡胶制品在一定温度环境中，受到拉伸、剪切或压缩力的作用下，变形会随着时间延长而逐渐变大，称之为蠕变（压缩永久变形，应力松弛从某种程度都可以归结为蠕变，个人观点理解仅供参考）。
蠕变变形回复速度：瞬间变形瞬间回复是可逆；延迟变形逐渐回复和黏流体变形不能回复。
分子链运动会使制品内部升温，延迟变形会随温度升高而加快。
所以设计配方需要注意：1、生胶的可塑度选择，要考虑制品的弹性模量，分子链断裂大小程度均以；2、生胶的并用不易过多，但胶种或两种；3、硫化体系最好选择平衡硫化体系；4、少量使用油和树脂等，避免造成应变不可回复；5、选用填充剂是，易分散，不能结团。
材料在高温下的力学性能(蠕变、松弛)
第7章 材料在高温下的力学性能7.1 材料在高温下力学性能的特点有许多机件是在高温下工作的，如高压锅炉，蒸汽轮机、燃气轮机、以及化工厂的反应容器等，对于这些机件的性能要求，就不能以常温下的力学性能来衡量。
材料在高温下的力学性能明显地不同于室温。
首先，材料在高温将发生蠕变现象。
即在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作用下不断地发生变形。
这样，材料在高温下的强度便与载荷作用的时间有关了。
载荷作用的时间越长，引起一定变形速率(如)或变形量的形变抗力(蠕变极限)以及断裂抗力(持久强度)就越低。
粗略地说，发生蠕变现象的温度，对金属材料约为T>0.3-0.4TM ；(TM为材料的熔点以绝对温度K计)；对陶瓷约为T>0.4-0.5TM ；对高分子材料为T>Tg，Tg为玻璃化温度，多数高分子材料在室温下就发生蠕变。
由于蠕变的产生，我们就不能笼统地说材料在某一高温下其强度是多少，因为高温强度与时间这一因素有关。
而材料在常温下的强度是不考虑时间因素的。
除非试验时加载的应变速率非常高。
材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。
应变速率越低，载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。
和蠕变现象相伴随的还有高温应力松驰。
一个紧固螺栓在高温长时间作用下，其初始预紧力逐渐下降，这种现象也是由蠕变造成的。
另外，蠕变还会产生疲劳损伤，使高温疲劳强度下降，为此，必须研究蠕变和疲劳的交互作用。
材料在高温下的力学性能特点都是和蠕变过程紧密相连的。
第一，材料在变形时首先总是引起形变强化，蠕变之所以能发生，必然还伴随着一个变形的软化过程，这个软化过程就是高温回复。
第二，蠕变的变形机制必然与在常温下的不同。
材料在常温下的变形可通过位错的滑动产生滑移和孪晶两种变形型式。
而在高温下位错还可通过攀移，使位错遇到障碍时作垂直于滑移面的运动，如图7-0所示。
这样位错便不会阻塞在障碍面前，而使得变形能继续下去，这就是一个变形的软化过程。
可以粗略地说，蠕变就是位错的滑移和攀移交替进行的结果。
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• 当试样发生应力松弛时，弹簧片逐渐回复原状，利 用差动变压器或应变电阻侧定弹簧片的回复形变， 然后换算成应力，即可测出高聚物试样的应力松弛 情况。
• CD 段，称为黏性流变，这是由于分子链之间产生了相 对滑动引起的形变，这种形变是会随时间无限发展的， 并且是不可逆形变。 • DE 段，为永久形变，由于黏性流动的不可逆形变造成 的。
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高分子材料分析与性能测试
蠕变的结果表示
• 蠕变应力：试样在加载后单位横截面上所承受的力
• 蠕变应变：试样在承受外力后单位长度的形变 • 蠕变模量：把蠕变应力与蟠变应变之比 • 在规定的温度和湿度下，在规定的时间内导致试验达 到规定的形变（应变）或导致试样断裂的应力称为蠕 变极限强度，用σt来表示。 • 蠕变断裂时间：从加满载荷时起，直至试样断裂时所 经过的时间称为，用τ来表示。
蠕变及应力松弛试验
• 一条已架设的硬聚氯乙烯管线，随着时间的增加它会 弯曲变形；一件经常挂在墙上的雨衣，由于它本身的 自重也会使它沿着悬挂方向变形。这些现象都认为是 材料的蠕变现象。 • 将一条橡皮拉伸到一定长度并使之固定起来，橡皮同 部会产生与所加外力大小相等方向相反的应力（弹 力），这种弹力会随着时间的延长而逐渐减小，慢慢 地松弛下来，这就是应力松弛。 • 蠕变现象是在恒定应力下形变随时间的发展过程； • 应力松弛是在恒定形变下应力随时间的衰减过程。 • 蠕变和应力松弛现象严重，意味着高聚物制品的尺寸 不稳定。
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高分子材料分析与性能测试
应力松弛仪示意图
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 利用模量比试样的模量大得多的弹簧片，通过弹簧 片的形变来检测高聚物试样被拉伸时的应力松弛。 • 试样臵于恒温箱中，并且同弹簧片相连，当试样被 拉杆拉长时，弹簧片同时向下弯曲，试样拉伸应变 的大小由拉杆调节。 • 拉伸力为弹簧片的弹性力，通过差动变压器或应变 电阻测定弹簧片的形变量来确定。
• 千分卡，精度为± 1 ％。
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高分子材料分析与性能测试
2.试样
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高分子材料分析与性能测试
3．试验操作
• 测量试样的宽度和厚度，在试样上标明标距； • 夹持试样，使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合，要松 紧适宜，以免试样滑脱； • 试样在加载前应预加载，为了消除传动装置的间隙，应保持 预加载不影晌测量的精度，若所选择的温度和湿度还未到达 平衡时，不应进行预加载，进行预加载后再侧量标距； • 试样应连续加载，每组试验中，每个试样的试验过程应该相 同，并做记录，加载过程应在 1～5s 内完成； • 在进行蠕变应变测定时，预加载荷可不计人试验载荷； • 在进行蠕变极限强度测定时，试验载荷应包括预加载荷； • 使施加在试样上的力均匀地分布在试样上，夹具的移动速度 为（ 5 ± 1 ) mm / min ； • 在适当的时间间隔记录力值和相应的伸长。
• 随着时间的增长，杠杆逐渐失去了平衡，由于支点“ O ” 左侧的力矩变小，而使杠杆向右侧倾斜面落下，使触点 开关 3 落下后处于闭合状态。这时驱动马达 5 工作，驱 使可移动重锤 2 向力矩减小的方向移动，直至使载荷杆 4 重新达到平衡，触点开关 3 重新开启。
• 随着时间的延长，左侧力矩又继续变小，重复以上过程
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高分子材料分析与性能测试
二、应力松弛
• 在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现 象称为应力松弛。 • 物理松弛对温度不是十分敏感，与应变下分子网络 结构的重排，分子链缠结的解脱和重置，以及存在 于分子链之间、填充粒子之间、分子链与填充粒子 之间的次价键的断裂有关； • 化学松弛对温度却十分敏感，与化学键的断裂有关， 断裂可以发生在聚合物分子链，也可以是交联网链。
• 蠕变较小的高聚物类（玻璃态或结晶态热塑性塑料或 热固性塑料）
高分子材料分析与性能测试
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一、蠕变试验
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高分子材料分析与性能测试
蠕变曲线的4个阶段
• AB 段，称为普弹形变，这是分子链内键长与键角的改 变所引起的形变，这种形变是瞬时发生的，形变量很 小，弹性模量很大，是可逆形变。
• BC 段，称为高弹形变，这是由于分子链构象的改变而 引起的形变，这种形变需要一个松弛时间，形变量很 大，弹性模量很小，也是可逆形变，同时也进行着猫 性流动。
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高分子材料分析与性能测试
（二）塑料的蠕变试验
• 拉伸蠕变试验：对试样施加拉伸载 荷，测定试样在拉伸载荷作用下， 不同时间所产生的形变。
• 测试标准 GB 11546－1989
• 1．试验设备试验
• 加载荷系统：恒载荷和变载荷装臵
• 形变小的材料，采用恒载荷装臵； • 形变较大的材料，由于试样的横截 面积变化较大，因此其应力变化也 大，为了保持其应力恒定，应采用 变载荷的加载装臵。
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高分子材料分析与性能测试
（一）概念及原理
• 蠕变现象：在一定温度和远低于该材料断裂强度的恒 定外力作用下，材料的形变随时间增加而逐渐增大的 现象。
• 外力可以是拉伸、压缩和剪切，相应的应变为伸长率、 压缩率和剪切应变，相应的现象称为拉伸蠕变、压缩 和剪切蠕变。 • 蠕变现象又可分为蠕变较大的高聚物类（交联或未交 联橡胶、热塑性弹性体等）
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高分子材料析与性能测试
杠杆式拉伸应力松弛仪
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 平衡重锤 1 的重量和位臵是固定的，由可移动重锤 2 的 位臵来调节，通过载荷杆 4 加在试样上的负荷。 • 在初始时间 t0 时，快速施加一负荷，即可移动重锤 2 达 某一位臵，使试样产生一定的形变和初始的应力，且使 杠杆支点“ o ”两边的力矩相平衡，此时触点开关 3 为 开启状态。
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高分子材料分析与性能测试
平衡祛码装臵的滑轮机构加载荷型式
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高分子材料分析与性能测试
• 变形测量系统：在加载后，能随着加载时间的增加而 自动连续地侧定试样的形变。精度一般要求达到测定 形变的士 1 ％。 • 加热系统：温度和湿度的控制装臵，采用恒温恒湿箱。 能自动连续地记录箱内温度和湿度的装臵。 • 夹具：要求保证加载轴线与试样纵向轴线相重合，升 高载荷时，试样和夹具不允许有任何位移。 • 计时器，能自动计时系统。