一种聚氨酯材料力学性能实验装置及方法与流程

本发明属于材料拉伸实验，具体属于一种聚氨酯材料力学性能实验装置及方法。

背景技术：

1、高分子材料是现代工业生产和经济发展的基础，广泛应用于各个领域。聚氨酯材料作为一种高分子聚合物，因其特定的功能化和高性能特点，成为先进基础材料的重要组成部分。然而，由于材料测试技术的发展相对滞后，特别是在高分子材料的力学模型研究方面还较为匮乏。材料的失效不仅造成了大量的制造浪费，还引发了重大安全事故，对经济和公共安全产生了严重影响。因此，亟需改进材料测试手段，深入研究材料失效形式和原因。

2、在实际工程应用中，材料的力学性能指标，如弹性模量、泊松比、延伸率和硬度等，是最重要的参考依据。拉伸试验因其操作简便、结果直观且数据处理容易，广泛应用于材料力学的研究。现有的拉伸试验设备在单轴测试方面已经相当成熟，涵盖了从早期的机械式、液压驱动式、液压伺服系统到现代的机电一体化设备。

3、然而，市场上成熟的双轴拉伸设备却寥寥无几。主要原因在于要实现双轴拉伸，需要在不同位置搭建复杂的伺服系统，这不仅增加了设备的复杂度，也大幅提高了成本，使其难以普及。

4、综上，现有相关技术存在单轴拉伸装置具有局限性，而目前市场上双轴拉伸的可实现性较低的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种聚氨酯材料力学性能实验装置及方法，用以解决现有相关技术存在单轴拉伸装置具有局限性，而目前市场上双轴拉伸的可实现性较低的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种聚氨酯材料力学性能实验装置，包括固定设置的驱动组件，以及与所述驱动组件传动连接的水平平台，所述驱动组件用于带动水平平台沿竖直方向上升或下降；

4、所述水平平台底部铰接有四根连杆，所述连杆的自由端设置有夹持件，所述夹持件滑动设置于十字水平导轨上，所述夹持件用于夹持待测件。

5、进一步的，所述驱动组件包括固定板，以及并列滑动设置于固定板上的第一齿条推杆和第二齿条推杆；

6、还包括同轴固定连接的大径齿轮和小径齿轮，所述大径齿轮与所述第二齿条推杆啮合连接，所述小径齿轮与所述第一齿条推杆啮合连接；

7、所述第二齿条推杆自由端抵接水平平台。

8、进一步的，所述水平平台包括水平板和四个均匀环绕设置于水平板侧壁的竖板，且四个所述竖板中心对称。

9、进一步的，所述竖板与连杆通过连接件铰接。

10、进一步的，所述夹持件包括可拆卸间隙连接的上侧板和下侧板，所述上侧板与连杆通过连接件铰接；

11、所述下侧板设置有十字水平导轨尺寸相适配的滑块滑动设置于所述十字水平导轨内。

12、进一步的，所述连接件包括滚动轴承，以及过盈贯穿设置于所述滚动轴承的轴肩螺栓。

13、进一步的，所述上侧板底部设置有多个滑轮，所述滑轮在滑块两侧对称设置。

14、一种聚氨酯材料力学性能实验装置的方法，包括以下步骤：

15、将待测件夹持于所述夹持件上，采集此时的所述待测件的长度和宽度，以及与水平平台的距离；

16、通过驱动组件向水平平台提供稳定压力，水平平台向下移动，在所述水平平台向下移动的过程中，通过连杆带动夹持件在所述十字水平导轨上滑动；

17、当所述水平平台至预设位置后，所述驱动组件停止向水平平台施压，采集此时的拉伸后待测件的长度和宽度，以及与水平平台的距离；

18、基于力的矢量三角形关系，得到待测件轴向拉伸力，基于待测件拉伸前后的尺寸数据，得到待测件的位移数据；

19、基于待测件轴向拉伸力和位移数据，得到待测件的材料本构参数。

20、进一步的，基于待测件拉伸前后的三角函数关系，得到所述待测件的位移数据。

21、进一步的，基于待测件轴向拉伸力和位移数据，以及材料本构模型应变能密度函数和材料的本构参数模型，得到双轴拉伸应力-应变数据，对所述双轴拉伸应力-应变数据进行拟合得到待测件的材料本构参数。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

23、本发明提供一种聚氨酯材料力学性能实验装置，包括固定设置的驱动组件，以及与所述驱动组件传动连接的水平平台，所述驱动组件用于带动水平平台沿竖直方向上升或下降；所述水平平台底部铰接有四根连杆，所述连杆的自由端设置有夹持件，所述夹持件滑动设置于十字水平导轨上，所述夹持件用于夹持待测件；本申请通过水平平台和十字水平导轨可以准确采集待测件的水平向拉伸尺寸，以及待测件与水平平台的位移变化量，其次，夹持件滑动设置于十字水平导轨可以使得将竖直载荷分解为均匀的双轴向的水平载荷，使得待测件在水平面上两轴向力和位移变化相同，因此可以直接通过单轴拉伸数据，得到双轴拉伸数据，并建立与材料本构模型参数之间的联系，更好的将单轴拉伸数据应用到不同的本构模型中，解决了现有相关技术存在单轴拉伸装置具有局限性，而目前市场上双轴拉伸的可实现性较低的技术问题。

24、进一步的，所述驱动组件包括固定板，以及并列滑动设置于固定板上的第一齿条推杆和第二齿条推杆；还包括同轴固定连接的大径齿轮和小径齿轮，所述大径齿轮与所述第二齿条推杆啮合连接，所述小径齿轮与所述第一齿条推杆啮合连接；所述第二齿条推杆自由端抵接水平平台；所述驱动组件可以通过大小齿轮齿数的不同放大万能拉伸试验机传递的位移，使得双轴拉伸在两轴向方向的拉伸位移满足超弹性材料高断裂伸长率的要求。

25、本发明提供一种聚氨酯材料力学性能实验装置的方法，包括以下步骤：将待测件夹持于所述夹持件上，采集此时的所述待测件的长度和宽度，以及与水平平台的距离；通过驱动组件向水平平台提供稳定压力，水平平台向下移动，在所述水平平台向下移动的过程中，通过连杆带动夹持件在所述十字水平导轨上滑动；当所述水平平台至预设位置后，所述驱动组件停止向水平平台施压，采集此时的拉伸后待测件的长度和宽度，以及与水平平台的距离；基于力的矢量三角形关系，得到待测件轴向拉伸力，基于待测件拉伸前后的尺寸数据，得到待测件的位移数据；基于待测件轴向拉伸力和位移数据，得到待测件的材料本构参数；本方法能够基于拉伸数据，准确的计算得到待测件的材料本构参数。

技术特征：

1.一种聚氨酯材料力学性能实验装置，其特征在于，包括固定设置的驱动组件，以及与所述驱动组件传动连接的水平平台(5)，所述驱动组件用于带动水平平台(5)沿竖直方向上升或下降；

2.根据权利要求1所述的聚氨酯材料力学性能实验装置，其特征在于，所述驱动组件包括固定板，以及并列滑动设置于固定板上的第一齿条推杆(1)和第二齿条推杆(2)；

3.根据权利要求1所述的聚氨酯材料力学性能实验装置，其特征在于，所述水平平台(5)包括水平板(50)和四个均匀环绕设置于水平板(50)侧壁的竖板(51)，且四个所述竖板(51)中心对称。

4.根据权利要求3所述的聚氨酯材料力学性能实验装置，其特征在于，所述竖板(51)与连杆(8)通过连接件铰接。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯材料力学性能实验装置，其特征在于，所述夹持件包括可拆卸间隙连接的上侧板(9)和下侧板(10)，所述上侧板(9)与连杆(8)通过连接件铰接；

6.根据权利要求4或5所述的聚氨酯材料力学性能实验装置，其特征在于，所述连接件包括滚动轴承(7)，以及过盈贯穿设置于所述滚动轴承(7)的轴肩螺栓(6)。

7.根据权利要求5所述的聚氨酯材料力学性能实验装置，其特征在于，所述上侧板(9)底部设置有多个滑轮(11)，所述滑轮(11)在滑块(20)两侧对称设置。

8.一种聚氨酯材料力学性能实验装置的方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的聚氨酯材料力学性能实验装置，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的聚氨酯材料力学性能实验装置的方法，其特征在于，基于待测件拉伸前后的三角函数关系，得到所述待测件的位移数据。

10.根据权利要求8所述的聚氨酯材料力学性能实验装置的方法，其特征在于，基于待测件轴向拉伸力和位移数据，以及材料本构模型应变能密度函数和材料的本构参数模型，得到双轴拉伸应力-应变数据，对所述双轴拉伸应力-应变数据进行拟合得到待测件的材料本构参数。

技术总结本发明提供一种聚氨酯材料力学性能实验装置及方法，包括固定设置的驱动组件，以及与所述驱动组件传动连接的水平平台，所述驱动组件用于带动水平平台沿竖直方向上升或下降；所述水平平台底部铰接有四根连杆，所述连杆的自由端设置有夹持件，所述夹持件滑动设置于十字水平导轨上，所述夹持件用于夹持待测件；本申请解决了现有相关技术存在单轴拉伸装置具有局限性，而目前市场上双轴拉伸的可实现性较低的技术问题。技术研发人员：陈旭东,安付立,王鹏,程勇明,董霄鹏,张涛,李楠林,陈尚军,王必宁,李松受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2