背景介绍

减轻车身质量，降低汽车排放，节省能源消耗以及提高车身安全性能已经成为当代汽车设计制造的必然发展方向。而汽车油箱材料直接影响这4个重点的发展方向。为了观测加载速率和汽油浸泡时间对高密度聚乙烯（PE-HD）材料拉伸力学性能的影响，研究者想到了采用数字图像相关法（DIC）来采集分析实验力学性能和材料弹性模量。

研究内容

目前高密度聚乙烯 (PE–HD)材料因其质量轻，形状自由度大，研发周期短，成本低，耐冲击，耐腐蚀，不爆炸等优点被广泛地应用到汽车塑料油箱材料的设计中。然而国内的高性能汽车油箱的PE–HD专用料的研发相对滞后，其中重要的影响因素之一便是对 PE–HD 的力学性能以及使用过程中汽油对其性能的影响缺乏深入的认识。

来自常州大学机械工程学院的仇海、袁惠新老师和来自北京航空航天大学郭早阳老师的科研团队，为了解决塑料在拉伸时会有颈缩和很大的塑性变形测量难题，采用基于数字图像相关法 (DIC)的XTDIC三维全场应变测量系统研究加载速率和汽油浸泡时间对 PE–HD 高分子材料拉伸性能的影响，并对实验结果进行讨论。实验装置整体可分为微机控制电子万能材料试验机和XTDIC三维全场应变测量系统两部分，PE–HD 板 块：试 件 形 状 及 尺 寸 参 考 ASTM D638–10 及 BS EN ISO 527 ：2012 设计并加工，美国福特研究院。

数字图像相关法（DIC）技术原理

DIC 技术是一种前沿的光学测量技术因其全场测量，非接触，数据采集简单，测量环境要求低，测量精度高，适用范围广等优点而深受广大科研人员的青睐，采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，能很好地解决聚乙烯 (PE–HD)材料大变形下的应变测量问题。

DIC测量与分析

拉伸实验试件分为未经汽油浸泡过的试件和浸泡过汽油的试件，所用汽油为 93# 汽油。

未浸泡汽油实验：试验机的加载速率分别为0.06，0.6，6，60，300 mm／min。每个速率选取3个试样，以试样相应参数的平均值作为实验结果。

通过DIC系统的计算方法，得到了不同加载速率下每组 PE–HD 的拉伸弹性模量大小以及每组的平均值和方差。

载荷-位移曲线 & 不同加载速率下应力-应变曲线

不同加载速率下屈服应力曲线

浸泡汽油实验：选取加载速率为 6 mm／min，浸泡汽油时间分别为 1，3，5d及 1，2，3 周，每个时间段选取 4 个试样，以试样相应参数的平均值作为实验的结果。

经汽油浸泡后PE-HD的应力-应变曲线

PE-HD的拉伸弹性模量随浸泡时间的变化曲线

研究结论

基于 XTDIC三维全场应变测量系统得到的实验结果可以看出，未经汽油处理后 PE–HD 试样的屈服应力随加载速率的增加而增加，但其对屈服应力的影响随着加载速率的增加不断地减小；断裂伸长率随加载速率的增加而减少；屈服应变与加载速率没有明显的关系。

通过计算得到了各加载速率下材料的拉伸弹性模量。经汽油浸泡后 PE–HD 的屈服应力和拉伸弹性模量短期内随浸泡时间急剧下降随后变化趋于稳定，说明汽油渗透对 PE–HD 材料具有软化作用，但渗透速率随时间的增加而降低，且达到一应程度时会趋于饱和。

行业应用总结

化学反应中常伴有发光、发热、变色、生成沉淀物等，其中一些反应速度比较快，或者瞬间伴随着其他不易察觉的现象，数字图像相关法（DIC）可以为力学性能观测提供完美解决方案，捕捉全场变形和颈缩状态，分析弹性模量，助力科研工作者！（仇海、郭早阳等的《基于 DIC 系统的 PE-HD 力学性能》）

免责声明：市场有风险，选择需谨慎！此文仅供参考，不作买卖依据。

责任编辑：kj005