弹性模量的测量实验方法3.pdfVIP

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 PVA-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 PVA-HA-Silk 复合水凝胶的弹性模量值。  Fh E    k （3-4 ）  Ap 式中E ：弹性模量；  ：应力；  ：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  k  v  P (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 Q k dP  V  (3-3) A x  dx 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 Q  Q or V A  V A (3-4) c t c c t t 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 V A