背景介紹
減輕車身質(zhì)量，降低汽車排放，節(jié)省能源消耗以及提高車身安全性能已經(jīng)成為當(dāng)代汽車設(shè)計(jì)制造的必然發(fā)展方向。而汽車油箱材料直接影響這4個(gè)重點(diǎn)的發(fā)展方向。為了觀測加載速率和汽油浸泡時(shí)間對(duì)高密度聚乙烯（PE-HD）材料拉伸力學(xué)性能的影響，研究者想到了采用數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）來采集分析實(shí)驗(yàn)力學(xué)性能和材料彈性模量。
研究內(nèi)容
目前高密度聚乙烯 (PE–HD)材料因其質(zhì)量輕，形狀自由度大，研發(fā)周期短，成本低，耐沖擊，耐腐蝕，不爆炸等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用到汽車塑料油箱材料的設(shè)計(jì)中。然而國內(nèi)的高性能汽車油箱的PE–HD專用料的研發(fā)相對(duì)滯后，其中重要的影響因素之一便是對(duì) PE–HD 的力學(xué)性能以及使用過程中汽油對(duì)其性能的影響缺乏深入的認(rèn)識(shí)。
來自常州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的仇海、袁惠新老師和來自北京航空航天大學(xué)郭早陽老師的科研團(tuán)隊(duì)，為了解決塑料在拉伸時(shí)會(huì)有頸縮和很大的塑性變形測量難題，采用基于數(shù)字圖像相關(guān)法 (DIC)的XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)研究加載速率和汽油浸泡時(shí)間對(duì) PE–HD 高分子材料拉伸性能的影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。實(shí)驗(yàn)裝置整體可分為微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)和XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)兩部分，PE–HD 板 塊：試 件 形 狀 及 尺 寸 參 考 ASTM D638–10 及 BS EN ISO 527 ：2012 設(shè)計(jì)并加工，美國福特研究院。
數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）技術(shù)原理
DIC 技術(shù)是一種前沿的光學(xué)測量技術(shù)因其全場測量，非接觸，數(shù)據(jù)采集簡單，測量環(huán)境要求低，測量精度高，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而深受廣大科研人員的青睞，采用新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，能很好地解決聚乙烯 (PE–HD)材料大變形下的應(yīng)變測量問題。
DIC測量與分析
拉伸實(shí)驗(yàn)試件分為未經(jīng)汽油浸泡過的試件和浸泡過汽油的試件，所用汽油為 93# 汽油。
未浸泡汽油實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)機(jī)的加載速率分別為0.06，0.6，6，60，300 mm／min。每個(gè)速率選取3個(gè)試樣，以試樣相應(yīng)參數(shù)的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
通過DIC系統(tǒng)的計(jì)算方法，得到了不同加載速率下每組 PE–HD 的拉伸彈性模量大小以及每組的平均值和方差。
載荷-位移曲線 & 不同加載速率下應(yīng)力-應(yīng)變曲線
不同加載速率下屈服應(yīng)力曲線
浸泡汽油實(shí)驗(yàn)：選取加載速率為 6 mm／min，浸泡汽油時(shí)間分別為 1，3，5d及 1，2，3 周，每個(gè)時(shí)間段選取 4 個(gè)試樣，以試樣相應(yīng)參數(shù)的平均值作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
經(jīng)汽油浸泡后PE-HD的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
PE-HD的拉伸彈性模量隨浸泡時(shí)間的變化曲線
研究結(jié)論
基于 XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，未經(jīng)汽油處理后 PE–HD 試樣的屈服應(yīng)力隨加載速率的增加而增加，但其對(duì)屈服應(yīng)力的影響隨著加載速率的增加不斷地減?。粩嗔焉扉L率隨加載速率的增加而減少；屈服應(yīng)變與加載速率沒有明顯的關(guān)系。
通過計(jì)算得到了各加載速率下材料的拉伸彈性模量。經(jīng)汽油浸泡后 PE–HD 的屈服應(yīng)力和拉伸彈性模量短期內(nèi)隨浸泡時(shí)間急劇下降隨后變化趨于穩(wěn)定，說明汽油滲透對(duì) PE–HD 材料具有軟化作用，但滲透速率隨時(shí)間的增加而降低，且達(dá)到一應(yīng)程度時(shí)會(huì)趨于飽和。
行業(yè)應(yīng)用總結(jié)
化學(xué)反應(yīng)中常伴有發(fā)光、發(fā)熱、變色、生成沉淀物等，其中一些反應(yīng)速度比較快，或者瞬間伴隨著其他不易察覺的現(xiàn)象，數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）可以為力學(xué)性能觀測提供完美解決方案，捕捉全場變形和頸縮狀態(tài)，分析彈性模量，助力科研工作者！（仇海、郭早陽等的《基于 DIC 系統(tǒng)的 PE-HD 力學(xué)性能》）