金属材料断后伸长率影响因素的试验研究
金属材料断后伸长率影响因素的试验研究
陈佳雯
（宝钢工业检测公司宝山分公司，上海 200431）
摘要随着汽车越来越成为日常生活中不可或缺的一部分，汽车外板质量是驾车安全系数的首要保证。室温单向静拉伸试验可以揭示金属材料在室温环境中静载荷作用下常见的力学行为，其中断后伸长率作为金属材料的最基本力学性能指标之一，对汽车板在实际生产和加工过程中提供评定依据。在Zwick Z050全自动拉伸试验机上研究了常用汽车板室温拉伸性能，总结得出影响其断后伸长率的因素有三：一是拉伸试样平行长度；二是拉伸试验试样断裂点判定参数设置；三是拉伸试样原始标距的选择。
关键词断后伸长率金属材料拉伸试验
Factors of Metallic Materials’ Percentage
Elongation after Fracture
Chen Jiawen
(Baosteel Industry Inspection Corp., Baoshan Branch, Shanghai,200431)
Abstract As the car is increasingly becoming an integral part of daily life, automobile outer panel quality is the primary driving factor of safety assurance. One-way static tensile test at room temperature to reveal metallic materials at room temperature under static loading in the mechanical behavior of the common, including rear extension rate as the metal one of the most basic mechanical properties of automotive sheet in the actual process of production and processing provide assessment basis. In the Zwick Z050 tensile testing machine automatic study room temperature tensile properties used car board, summed up the rear of the elongation obtained the factors are threefold: First, the parallel part of the length of the tensile samples. Second, point of tensile test specimen fracture determine the parameters. Third, the original tensile specimen gauge.
Key words percentage elongation after fracture, metallic materials, tensile testing choice
1 引言
近年来，随着居民生活水平的不断提高，汽车已然成为日常出行最常用的代步工具之一，百姓生活中不可或缺的一部分。“减重、安全0、环保”的汽车轻量化设计理念加速了薄型金属材料在汽车制造业的应用，超薄汽车外板的质量成为驾车安全系数的首要保证。目前，国内汽车制造商通常是根据汽车用板的力学性能指标评定其质量等级，再选择相适应的加工成型方法，例如冲压、深冲等。
室温单向静拉伸试验可以揭示金属材料在室温环境中静载荷作用下常见的力学行为，其中断后伸长率作陈佳雯，女，工科学士，shirley-jia@https://www.wendangku.net/doc/686285235.html,
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
为金属材料的最基本力学性能指标之一，反映金属材料断裂前发生不可逆永久形变的能力[1]。若检测的汽车用板断后伸长率出现虚值现象，则将直接影响对其质量等级评定，严重时可能造成加工开裂等后果，汽车制造质量存在不安全因素。
本文针对金属材料断后伸长率的影响因素进行了一系列试验研究，分析并总结得出影响金属材料断后伸长率的因素主要有三：一是拉伸试样平行长度；二是拉伸试验试样断裂点判定参数设置；三是拉伸试样原始标距的选择。另外，综合考虑人为误差、测量设备精度以及试验环境等因素，人工测量金属材料断后伸长率也是产生虚值现象的原因之一。
2 试验条件
依据GB/T 2975—1998[2]《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》中规定，在一块450mm×1200mm钢板宽度1/4处相邻剪取300mm×30mm横向拉伸样坯两件，并使用全自动加工设备将拉伸样坯制备成标准板型拉伸试样，试样制备尺寸如图1所示，完全符合GB/T 228-2002[3]《金属材料室温拉伸试验方法》附录中的相关规定。
（a）（b）
图1 板型拉伸样坯取样位置及试样制备尺寸示意图
W——产品的宽度。此次试验中规定，钢板的宽度W=1200mm；
a——产品的厚度。此次试验中规定，钢板的厚度a<2mm；
b——试样平行长度的宽度。此次试验中规定，拉伸试样平行长度的宽度b=25mm；
S0——原始横截面积。此次试验中规定，板型拉伸试样原始横截面积S0=a×b；
L0——原始标距。此次试验中选用，非比例拉伸试样定标距L0=50mm或者比例拉伸试样；
L C——平行长度。此次试验中规定，拉伸试样平行长度L C=60mm或者80mm；
L t—试样总长度。此次试验中规定，拉伸试样总长度L t=300mm。
选用Zwick Z050全自动静态拉伸试验机研究汽车用板室温静态拉伸力学性能指标，依据GB/T 228—2002[3]《金属材料室温拉伸试验方法》中规定设置试验速率：弹性模量段试验速率为1mm/min，屈服段试验速率为3mm/min，塑性段试验速率为24mm/min。Zwick Z050全自动静态拉伸试验机纵向引伸计采用全试验跟踪采集检测数据，即待测拉伸试样完全断裂后方才自动松开纵向引伸计，故能精确得到待测拉伸试样断后伸长率。
3 试验方法
在一块450mm×1200mm试验用汽车用板上宽度1/4处相邻位置剪取横向拉伸样坯两件，分别加工成试样总长度L t=300mm，试样平行长度的宽度b=25mm，过渡弧半径r=20mm，试样平行长度L C=60mm和试样总长度L t=300mm，试样平行长度的宽度b=25mm，过渡弧半径r=20mm，试样平行长度L C=80mm的标准板型拉伸试样。使用标准划线机在板型拉伸试样上标记定标距L0=50mm（每小格为10mm），超薄板型拉伸试样建议选用划线笔标记原始标距，以免对拉伸试样造成机械划伤影响检测数据准确性。
用Zwick Z050全自动静态拉伸试验机检测平行长度不同的横向拉伸试样，试验时保持试验速率一致，对应输入平行长度数值，研究金属材料拉伸试样制备尺寸对其断后伸长率的影响；再用INSTRON 5582静态拉伸试验机配套A VE高级视频引伸计检测平行长度不同的横向拉伸试样，试验时保持与Zwick Z050全自动静态拉伸试验机试验速率一致，对应输入平行长度数值，研究拉伸试验机自动判定拉伸试样断裂点的参数
电 磁 冶 金 设置对金属材料断后伸长率的影响。待全自动静态拉伸试验机检测完毕后，使用通过计量的游标卡尺人工测量完全断裂的拉伸试样断后伸长率，研究板型拉伸试样原始标距的选择对金属材料断后伸长率的影响以及人工测量与自动测量金属材料断后伸长率数据之间的差异。
金属材料断后伸长率A (%)的计算公式(1)为：
00
(%)100%u L L A L ?=× （1） 式中, L u 为断后标距；L u ?L 0为断后标距的残余伸长。
4 试验结果
在Zwick Z050全自动静态拉伸试验机上研究金属材料拉伸试样制备尺寸对其断后伸长率的影响，保持试验条件完全一致，仅改变汽车用板板型拉伸试样平行长度，通过比对检测数据分析可得：拉伸试样平行长度越长其断后伸长率越高，而对测得屈服强度及抗拉强度基本无影响。
三种常用牌号汽车用板板型拉伸试样平行长度不同试验比对检测数据见表1、表2。
表1 平行长度L C =80mm 的标准板型拉伸试样自动检测力学性能指标 钢种
屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率/% BLD 164 300
53 BUFD 127 275
56 BSUFD 149
280 58 表2 平行长度L C =60mm 的标准板型拉伸试样自动检测力学性能指标 钢种
屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率/% BLD 159 300
50 BUFD 128 275 52 BSUFD 148
280 54 Zwick Z050全自动静态拉伸试验机属欧系拉伸试验机，试验用软件依据ISO 国际标准编写，其中拉伸试样断裂点判定参数设置为：力衰减到试验最大力的90%时即为断裂，试验数据采集自动停止；而INSTRON 5582静态拉伸试验机配套A VE 高级视频引伸计属美系拉伸试验机，试验用软件依据ASTM 美国标准编写，规定当力衰减到试验最大力的40%时自动判定拉伸断裂。理论断裂点位置如图2所示。虽然同为全试验跟踪采集检测数据，但由于拉伸试验机试验用软件的不同，直接导致美系全自动拉伸试验机检测所得金属材料断后伸长率略高于欧系全自动拉伸试验机。
图2 拉伸试样理论断裂点判定位置示意图
人工测量金属材料断后伸长率的不确定度应大于拉伸试验机自动测量断后伸长率的不确定度，因为人工测量需考虑人为误差因素、游标卡尺测量精度因素、环境因素等。板型拉伸比例试样是指根据公式（2）用板型拉伸试样矩形截面积求出原始标距L 0后计算得到断后伸长率，而全自动拉伸试验机只能检测定标距非
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比例拉伸试样，例如原始标距L0=50mm。因此，只能采用人工测量的方法近似得到拉伸比例试样的断后伸长率。
015mm
L=（2）对于厚度a<2mm的超薄汽车外板，由公式（2）得到其板型拉伸比例试样的原始标距L0一定小于50mm，
且符合比例试样制样尺寸要求。因此，在全自动拉伸测得其断后伸长率后，可以按比例拉伸试样人工测量断
后伸长率，也可以按非比例拉伸试样人工测量定标距L0=50mm的断后伸长率，并进行数据比对。
表2中三种常用牌号汽车用板板型拉伸试样人工测量断后伸长率试验比对检测数据见表3、表4。
表3标准板型比例拉伸试样人工测量力学性能指标
钢种断后伸长率/ %
BLD 48
BUFD 51
BSUFD 52 表4标准板型非比例拉伸试样(L0=50mm)人工测量力学性能指标
钢种断后伸长率/ %
BLD 54
BUFD 58
BSUFD 60
试验结果表明：同一超薄汽车用板(a<2mm)标准板型拉伸试样，A（按比例拉伸试样人工测量） 自动拉伸试验机自动测量） 5 结论 通过试验研究发现，选用全自动静态拉伸试验机检测金属材料力学性能指标，造成其断后伸长率变化的 关键因素是拉伸试样平行长度，而拉伸试验机试验用软件中对试样断裂点判定参数的设置和拉伸试样原始标 距的选择也是影响金属材料断后伸长率的因素之一。另外，综合考虑人为误差、测量设备精度以及试验环境 等因素，人工测量金属材料断后伸长率也是产生虚值现象的原因之一。 目前，国际上尚未对各种拉伸试验方法检测得到不同断后伸长率这一问题做出系统规定，通常需要参考 产品标准选择相适应的拉伸试样进行试验。为确保直接关系到人身安全的汽车外板质量可靠，检测单位必须 与汽车制造商达成共识，选用与其评定外板质量等级相配套的试验方法检测力学性能指标，供其选择相适应 的加工成型方法。若由于选用拉伸试样尺寸不一致或者拉伸试验机试验用软件不一致等客观因素而导致检测 数据明显偏离，则会使汽车制造商对其判定错误而造成加工开裂等严重后果。 参考文献 [1] 束德林.工程材料力学性能[M]. 2版.北京：机械工业出版社，2007:1~2. [2] GB/T 2975—1998钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 [S]. [3] GB/T 228—2002金属材料室温拉伸试验方法 [S]. 导热硅脂导热系数影响因素试验方案 一、试验目标 通过试验探究出基体料、填料复配体系对导热系数的影响。 二、试验思路与分析 导热硅脂中体现出来的导热能力不仅与材料本身的热导率有关，还与其在体系中的填充量、堆砌紧密程度以及填料与硅油的浸润程度等因素密切相关。 石逸夫等在硅油及填料对导热硅脂接触热阻的影响中分别对二甲基硅油、乙烯基硅油、羟基硅油及含氢硅油进行热失重分析和导热系数、热阻测试，得出二甲基硅油最适合作为基体料。但是，他并没有测试用不同硅油制备的导热硅脂的导热系数。而现有的文献主要讲述不同类型高性能导热填料的开发，而对基体料的研究甚少。 复配体系有利于导热系数的提高已得到公认，此次试验中通过不同粒径的复配，得到最优复配体系。再以此体系试验不同规格的硅油的导热系数，确定最优规格硅油，进而探究出影响导热系数的因素。 三、试验设计 四、试验步骤 1.准备好密炼机、直流调速搅拌器、水浴锅、电子称、烘箱等相关试验设 备。将二甲基硅油、苯基硅油、球形Al2O3、BN、改性ZnO、石墨烯、硅烷偶联剂KH550、乙醇等原材料准备到位； 2.称取60%质量份导热填料倒入装有导热填料质量25%的100mL烧杯内， 手工搅拌10min。再加入填料重量3%的硅烷偶联剂KH550于烧杯中； 3.将装有填料的烧杯置于水浴锅内，60℃恒速搅拌3h，后放入烘箱内120℃ 烘烤1h； 4.称取40%质量份二甲基硅油，将硅油和改性好的填料置于密炼机内密炼 10min； 5.将制得导热硅脂进行导热性能分析； 6.依次对四个复配体系进行试验，确定出导热系数最高的复配体系； 7.选择以上得出的最优复配体系，分别采用二甲基硅油、苯基硅油为基体 料制备导热硅脂； 8.将不同基体料的导热硅脂进行导热系数的测试。 五、试验数据记录 一、前言 作为稳定性研究重要组成部分之一的影响因素试验，在药品研发过程中如处方组成合理性评价、质量研究中分析方法的可行性判断、上市药品包装材料的选择和贮藏条件的确定等方面起着重要作用，但目前影响因素试验的重要性经常未得到足够的认识，或甚至被忽视，如有的研发者把影响因素试验当成了作业式的任务而去完成，目的不明确；有的研发者对影响因素内容不甚了解，如在什么情况下应该进行冻融试验、配伍试验；更有的认为申报已有国家标准的药品不需要进行影响因素试验，等等。由于存在这些不正确、不合理的认识，使研发工作不到位，如处方组成不合理，加速试验、长期试验设计不科学等，给研发和审评带来资源上的浪费和损失。因此，为了使研发者对影响因素试验的目的和意义有充分的理解和认识，本文基于影响因素的目的，阐述影响因素试验在药物研发过程中的作用，着重分析目前已有制剂申报资料中经常存在的问题，并对影响因素试验过程中的部分共性问题进行集中讨论，以期给研发者有所参考。 二、影响因素试验的目的和类别 影响因素试验是在剧烈条件下进行的，其目的了解影响药物稳定性的因素及可能的降解途径和降解产物，为制剂工艺的筛选、包装材料和容器的选择、贮存条件的确定等提供依据。同时为加速试验和长期试验应采用的温度和湿度等条件提供依据，还可为分析方法的选择提供依据。 影响因素试验除了通常进行的高温、高湿和光照三个试验外，必要时基于药物性质、剂型特点、临床用途等，还要进行冻融试验、配伍试验，进行低湿试验，还要考察pH值、氧、低温等试验对药物质量的影响。影响因素各种试验均是从不同的角度、不同的层面考察和探讨药物的稳定性，保证上市药品的质量稳定。 三、影响因素试验的作用和申报资料存在问题分析 1、影响因素试验的作用 基于影响因素试验目的，它主要有以下几个方面的作用： （1）可以了解药物固有的稳定性 众所周知，原料药进行影响因素试验可以了解和获悉原料药对于光、热、湿的稳定性信息。对于制剂来说，同样可以了解原料药制剂后的稳定性，如乳膏剂中的辅料对主药的保护程度，是否需要避光等信息。但制剂的影响因素试验又区别于原料药，常见的高温、高湿或光照试验对于部分制剂可能没有太大的实际意义，如小水针剂本身为水溶液，带着玻璃安瓿包装进行高湿试验没有意义，去了包装考察高湿更没有意义；乳膏本身为半固体制剂，没有必要进行除去内包装的高湿试验。 （2）可以为处方工艺的筛选提供依据，验证处方组成的合理性，生产工艺的可行性和稳定性。 原料药自身稳定性特点在一定程度上决定了药物的剂型，同时也决定了制剂的处方组成和生产工艺条件参数。例如，对于易氧化的原料药，制剂时通常需加入抗氧剂或需通氮气除氧；对酸碱敏感的原料药，需确定合适的pH值范围；对温度敏感的原料药，需选择合适的灭菌方法和灭菌条件；特别是通过影响因素试验可以考察新处方主药与辅料之间是否发生了相互作用，以及辅料之间是否发生了相互作用，等等。 （3）可以选择合理的包装材料和容器，确定初步的贮藏条件。 影响因素试验可以了解制剂受光、热、湿、氧等因素的影响程度，从而根据制剂的稳定性，选择和确定包装、贮藏条件，保证药品质量的稳定性。如对光敏感的制剂应采用能避光的材料制成内包装，并在暗处贮藏；对高温敏感的药物，在贮藏过程中应避免接触到高温，（4）为加速试验和长期试验条件的确定提供依据 如果影响因素试验结果表明，制剂在高温60℃、40℃条件下样品发生显著变化，那么加 拉力试验机拉伸速度主要对于拉伸速度、断后延伸率、屈服强度的影响。拉伸速度试验机的影响随材料的不同而有所差异，因此做拉伸试验时必须严格按照标准试验方法规定的速率进行试验，否则会对试验结果的准确性造成影响。 1.抗拉强度：抗拉强度随着试验速度的上升，抗拉强度增大，但到达一定阶段后趋于稳定 2.屈服强度：试验速度较慢时，屈服强度与抗拉强度相差比较大；试验速度愈快，屈服强度与抗拉强度的差值逐渐减少。 3.断后延伸率：拉伸速度的提高使断后延伸率下降，到一定阶段后断后伸长率下降趋于缓慢。(另外塑性大的抗拉强度和断后伸长率对拉伸速度的敏感性大，而塑性小的抗拉强度和断后伸长率对拉伸速度敏感性则相对较小。) 一般情况拉伸速度的变化对试验结果的影响如上，但对于塑料材料，它属于粘弹性材料，它的应力松弛过程与变形速度紧密相连。当拉伸速度减小时，拉伸强度减小，断裂伸长率增大；拉伸速度增大时，塑料呈现脆性，拉伸强度增大，断裂伸长率减小。 由于材料种类繁多，性能差异很大，弹性阶段与塑性阶段的过渡情况很复杂，通过和残余应力等指标作为材料弹性阶段与塑性阶段的转折点的指标来反应材料的过渡过程的性能，其中屈服点与非比例应力是最常用的指标。虽然屈服点与非比例应力同是反应材料弹性阶段与塑性阶段“转折点”的指标，但它们反应了不同过渡阶段特性的材料的特点，因此它们的定义不同，求取方法不同，所需设备也不完全相同。因此笔者将分别对这两个指标进行分析。 从上面的描述，可以看出准确求取屈服点在材料力学性能试验中是非常重要的，在许多的时候，它的重要性甚至大于材料的极限强度值（极限强度是所有材料力学性能必需求取的指标之一），然而非常准确的求取它，在许多的时候又是一件不太容易的事。它受到许多因素的制约，归纳起来有： 1.夹具的影响； 2.试验机测控环节的影响； 3.结果处理软件的影响； 4.试验人员理论水平的影响等。 这其中的每一种影响都包含了不同的方面。下面逐一进行分析： 一、夹具的影响 这类影响在试验中发生的机率较高，主要表现为试样夹持部分打滑或试验机某些力值传递环节间存在较大的间隙等因素，它在旧机器上出现的概率较大。由于机器在使用一段时间后，各相对运动部件间 基因芯片实验设计的影响因素 基因芯片对于同时研究成千上万的基因表达是一个强有力的技术，这种新技术在生物学、农学、医学等都有重要的应用，但严谨的实验设计是充分发挥基因芯片技术优势的基础[1]。基因芯片实验同其它实验设计一样需要考虑因素与水平，但基因芯片实验又有它的特殊性，因此为了减少基因芯片实验和数据分析的误差，仔细地进行实验设计显得尤为重要。我们以自己研究的经验为基础结合国外研究动态对基因芯片实验设计探讨如下。 1研究目的是实验设计的基础 基因表达谱的差异包括三层[2]，一是生物差异（上层）：生物差异是所有生物的内在本质，除遗传和环境因素影响外与样本有密切的关系。如不同人群中的个体差异、同一个体不同标本之间的差异。二是技术差异（中层）：技术差异是由于样本的提取、标记和杂交等引起的差异，如同样的mRNA样本不同标记反应之间的差异等。三是测量误差（下层）：测量误差是与阅读荧光信号相关，因为荧光信号可能被芯片上的灰尘等所影响。基因表达谱的研究目的就是要寻找生物差异，故实验设计的目的是尽量减少技术差异和测量差异对实验的影响，从而使数据的分析和结果的解释尽可能简单有力。基因芯片实验设计的问题包括决定样本标记什么样的染料？那些样品在同一张芯片上杂交？另外如果RNA样本有限，或者芯片数目有限制（如研究经费不足），我们又应当如何设计实验等一系列问题。但基因芯片设计最重要取决于研究的目的，只有当研究的设计与目的一致时我们才可能达到我们的研究目的[3,4]，基因芯片实验的研究目的包括如下三方面。 1.1 类别比较（class comparison） 类别比较是指对一些类别已经明确的实验样本之间进行基因表达谱的比较。比如Hedenfalk et al[5]比较Brca1基因突变乳腺癌、Brca2基因突变乳腺癌以及没有上述基因突变的乳腺癌之间的差异基因表达谱。Golub et al [6]对急性淋巴细胞白血病和急性粒细胞白血病之间的基因表达差异。Ross et al [7]比较了来源于不同组织的癌细胞的差异表达等。人们通过这些实验主要想达到三个目的：一是这些不同种类样本之间是否存在差异基因表达谱，二是哪些基因在不同种类样本之间存在差异表达；三是通过筛选基因的表达水平对不同样本进行判断，从而降低误判率。 1.2 预兆预报(prognostic prediction) 一些芯片研究是为了探测在基因表达谱和临床结果之间是否存在关系，以便进一步研制基于基因表达谱基础上的预兆预报系统[8]。例如一些药物遗传学研究企图知道那些患者在有效剂量内可能中毒等。1.3 类别找寻(class discovery) 基因芯片研究的另一个目的就是类别找寻，这是基于样本之间存在重要的生物学差异，比如临床和形态上的相似可能在分子上获得区别[9]。又如肿瘤通常以原发的器官而命名，亚型是以细胞的类型进行分类。通常以形态学和组织学不能探测起源细胞。很多有关癌症的基因芯片研究目的就在于肿瘤的分类，这些研究可能揭示疾病的生物特点，通过鉴定治疗的分子靶标为改进疾病的治疗铺平道路。 2 基本的实验设计方案 2.1 单因子实验设计（single-factor experiment design） 单因子实验是指整个试验中只比较一个试验因子不同水平的试验。单因子试验方案由该试验因子的所有水平构成。基因芯片的单因子实验设计包括直接与间接比较，所有的双色基因芯片检测都是成对比 ***药物稳定性试验方案 一、试验目的 ***药物稳定性试验的目的是考察***药物在温度、湿度、光线的影响下随时间变化的规律，考察其在影响因素试验、加速试验的条件下各项指标是否符合***药物产品质量标准的要求。 二、试验要求 ***药物稳定性试验的基本要求有以下几个方面： 1、稳定性试验项目包括影响因素试验与加速试验。 2、***药物供试品可以从橡胶膏生产车间生产的同一批制剂中抽取，抽样数量符合稳定性试验要求。 3、加速试验与长期试验***药物所用供试品的容器和包装材料及包装方式应与上市产品一致。 4、***药物稳定性试验，要采用专属性强、准确、精密、灵敏的药物分析方法，以保证药物稳定性结果的可靠性。 三、试验方法 (一)影响因素试验 此项试验是在比加速试验更激烈的条件下进行。其目的是考察***药物的固有稳定性，了解其在高温、高湿及低温条件下各项质量指标的稳定性及变化情况。 1．高温试验 ***药物置药物稳定性检查仪中，60℃温度下放置10天，于第5天和第10天取样，按***药物成品质量标准进行全检。若***药物供试品有明显变化(如含量下降5％)，则在40℃条件下同法进行试验。若60℃无明显变化，不再进行40℃试验。 2．高湿度试验 ***药物置恒湿密闭容器中，在25℃分别于相对湿度90％±5％条件下放置10天，于第5天和第10天取样，按***药物成品质量标准进行全检，同时准确称量试验前后供试品的重量，以考察供试品的吸湿潮解性能。若吸湿增重5％以上，则在相对湿度75％±5％条件下，同法进行试验；若吸湿增重5％以下，且其他考察项目符合要求，则不再进行此项试验。恒湿条件可通过在密闭容器如干燥器下部 探究影响光合作用的因素（第一课时） 上海市延安中学王石 一、设计思路： 本节课教学内容为上海市二期课改教材《生命科学》（上海科学技术出版社，高中第一册）学生实验“4.4探究影响光合作用的因素”的第一课时——实验方案设计。按上海课标的“知识与技能”分类标准，实验4.4的教学内容属“实验C级”，是高中生命科学教材中唯一的先由学生进行实验设计后再进行实施实验的教学内容。通过本节课的学习，应该让学生初步掌握实验设计的基本原则并能遵照这些原则设计一份较科学的实验方案，为下一课时——实施实验奠定基础。此前学生参与了“探究酶的催化特性”的实验过程并了解了光合作用研究史上科学家们的研究思路，对如何进行实验设计已有初步认识，所以在课前让每位同学先凭自己的理解设计一份实验方案。在收到学生设计的方案后进行粗略的批改，挑选出方案中的典型问题，再根据所选择的探究因素类型，将学生分为若干小组。第1课时（即本课时）以学生设计的实验方案为素材，根据教学需要，从不同的案例选取有代表性的某一板块进行分析，归纳出实验设计的基本思路和应该遵循的基本原则，课后让同学对自己的方案进行修改。在PPT上显示出的案例，如是作为优秀方案显示的，在该案例后附上设计者姓名，如是作为具有典型缺陷的方案显示的，显示时略去姓名，上课时注意通过观察该同学反应，借以判断这部分教学是否取得了较好的效果。第2课时按小组实施实验。由于能满足同学们研究的是自己感兴趣的影响因素并能按学生自己设计的方案进行实验，所以激发学生的探究热情。 本部分教学内容是对学生进行探究能力培养的良好素材，但由于教材并未系统地介绍实验设计中应该遵循的一些原则。教学过程必须以学生“原生态”的设计方案为案例，以学生在课堂上进行具体的案例分析过程中产生的问题为教学素材。在学生对实验设计仅停留在感性认识的层面时，如何充分利用教学过程中派生出的教学资源（问题）是本节面对的最大挑战，对那些典型案例也很难在本教学设计文字稿中加以体现。 本节课以学生设计的实验为案例，按照“明确实验目的→确定实验思路→设计实验方法（步骤）→设计结果记录、处理方式”的顺序依次进行分析和探讨，将确定实验思路的过程围绕下图（PPT，按讲解过程由变量类型、处理思路、方法或原则逐级展示）所示的内容及相互关系进行展开。学生在这条粗线条的引导下，通过听老师讲解和参与解决课堂中衍生出的问题，发现自己设计的方案中的缺陷，并逐步找到解决这些问题的思路。 浅论击实试验的影响因素 摘要 本文从击实试验的试验步骤出发，研究其中每一步影响试验结果的因素，并针对每个因素进行多次试验，从而得到其关系对比曲线以更好的为实际工程服务。 关键词：击实试验；影响因素 Elementary Discussion on the compaction test's impact factors Abstract This article is beginning from the test procedure of the compaction test, it study every impact factors on the results of the test in each step of the procedure.And we tests many times of each factors, so as to get the test relationship, then we can get better contrast curve for practical engineering services. Key Words:Compaction test; Impact factors 浅论击实试验的影响因素 1、基本理论 室内击实试验是近似的模拟现场填筑情况,利用标准化的击实仪器和规定的标准方法,可测出土的最大干密度和最优含水量,为工程设计提供初步的填筑标准。用这种方法在现场控制施工质量,保证在一定的施工条件下,压实填土达到设计要求的压实度标准。击实试验是填土工程施工中不可缺少的重要试验项目。 土的击实是指用重复性的冲击动荷载将土压密,由于击实功是瞬时作用于土体,土体内的气体有所排除,但含水量基本不变,土块或土粒被移动靠近,土的孔隙体积变小,密实度增大。土的压实程度一般用干密度来表示,它与土的含水量和击实功的关系密切。研究土的击实性的目的在于揭示击实作用下的干密度、含水量和击实功三者之间的关系和基本规律,从而选定适合工程需要的填土的干密度和与之相应的含水量。 在同一击实功的作用下,土在不同含水量时得到不同的干密度,当含水量较小时,随着含水量的增加,击实后土的干密度不断增加,但当含水量较高时,随着含水量的增加,击实后土的干密度反而降低。在击实曲线上可找到某一峰值,称为最大干密度,与之相应的含水量称为最优含水量,它表示在一定的击实功作用下,达到最大干密度时的含水量。 2、试验步骤 2.1试样制备 试样制备分为干法制备和湿法制备。 1）干法制备 取一定量的代表性干土样（轻型约为20kg，重型约为50kg），放在橡皮板上用木碾碾散（也可用碾土器碾散），并分别按下列方法备样。 （1）轻型击实试验过5mm筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。根据土的塑限预估最优含水率； 2007年11月第2卷 第4期 失效分析与预防 N ove m ber ,2007V o.l 2,N o .4 [收稿日期] 2007年2月26日 [修订日期] 2007年3月28日 [作者简介] 郭峰(1982年-),男,硕士研究生,主要从事金属材料方面的研究。 断裂韧度与钢组织性能的关系 郭 峰,李 志 (北京航空材料研究院,北京 100095) [摘 要] 本文阐述了断裂韧度与材料本征因素和基本力学性能的关系。合金成分、微量元素、夹杂物和第二相、显微组织与晶粒度是控制断裂韧度的关键因素,提出了改善断裂韧度的一些思路和方法,如改善晶界状态、细化晶粒尺寸、控制夹杂物的含量、变性变质夹杂物、改善材料组织结构都能改善材料的断裂韧。断裂韧度既是强度、塑性、冲击韧性的综合反映,同时具有独立的力学意义,断裂韧度与材料力学性能之间的关系使经济、有效地预测断裂韧度成为可能。[关键词] 断裂韧度;材料因素;力学性能 [中图分类号] O346.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-6214(2007)04-0059-06 Correl ation between K I C and M icrostructure and Properties of Steels GUO Feng ,LI Zhi (B eijing Institute of A eronauticalM aterials ,B ei j i ng 100095,Ch i na) Abstrac t :In t h i s paper ,the re l ations a m ong fract ure t oughness ,the essential factors and the basic m echan i ca l properti es of the m ater i a ls are i ntroduced .The key factors o f a ffecti ng t he facture toughness a re all oy com ponent ,m icro ele m ent ,i nclus i ons ,the second phases ,m i crostructure and the g ra i n size .Som e thoughts and me t hods tha tm ay i m prove t he fracture toughness o f the ma -ter i a l s are put f o r w ard ,for exa m ple ,am end i ng the state of the g ra i n i nte rface ,m aki ng t he gra i n size s m a l,l controlling t he con -tent o f t he i nclusi ons ,chang i ng the i ncl usion estate ,i m prov i ng the m ater i a lm icrostruct ure and so on .F rac t ure t oughness is not on l y t he i nteg rated refl ection of streng t h ,plasti c and i m pact toughness o f the m ater i a ls ,but a lso a spec ialty mechan i ca l property .T he relation bet ween the fracture toughness and o t her m echanical properti es m ake it possi ble to forecast the fracture toughness e -conom i ca lly and effec tive l y . K ey word s :fract u re t oughness ;m ate rials factors ;mechan i ca l property 1 引言 金属材料的失效是由于材料表面或内部裂纹(群)的萌生和扩展,随着裂纹的扩展,裂纹前端 的应力强度因子将达到临界应力强度因子,即材料的 断裂韧度 ,裂纹将迅速扩展而导致材料抵抗断裂的能力下降和丧失。因此,研究断裂韧度的影响因素,对于失效分析和预防有重要意义。 Griffth 于1920年根据能量原理提出的断裂准则表明:当裂纹扩展释放的能量超过了相同裂纹增量所需的表面能时,裂纹将失稳扩展。30年 后,O ro w an 通过对金属材料裂纹扩展的研究,指出裂纹扩展尖端产生一个塑性区。因此,在G rif-f th 判据基础上,提出塑性功和表面能成为裂纹失稳扩展的阻力。众所周知,实际材料总是不可避免地带有裂纹缺陷或容易产生裂纹缺陷,这样,在设计材料时必须考虑已具有裂纹的条件下的力学性能指标即断裂韧度。平面应变断裂韧度K I C 是在断裂力学的基础上建立起来的表征实际含裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的力学性能指标,其物理意义表示平面应变临界强度因子,即平面应变条件下,构件在静载荷作用下裂纹开始失稳扩展的K I (张开型裂纹的临界应力强度因子)。 第四章金属的断裂韧度 断裂是工程上最危险的换效形式。 特点：（a）突然性或不可预见性；（b）低于屈服力，发生断裂；（c）由宏观裂扩展引起。 ∴工程上，常采用加大安全系数；浪费材料。但过于加大材料的体积，不一定能防止断裂。 ∴发展出断裂力学 断裂力学的研究范畴： 把材料看成是裂纹体，利用弹塑性理论，研究裂纹尖端的应力、应变，以及应变能力分布；确定裂纹的扩展规律；建立裂纹扩展的新的力学参数（断裂韧度）。 主要内容： 含裂纹体的断裂判据。 固有性能的指标—断裂韧性：用来比较材料拉断能力，K IC ,G IC , J IC ,δ C 。 用于设计中： K IC 已知，σ，求a max K IC 已知 , a c 已知，求σ构件承受最大承载能力。 K IC 已知，a已知，求σ。 讨论：K IC 的意义，测试原理，影响因素及应用。 §4-1线弹性条件下的断裂韧度 一、裂纹扩展的基本形式 1、张开型（I型） 2、滑开型（II型） 3）撕开型（III型） 裂纹的扩展常常是组合型，I型的危险性最大 二、应力场强度因子KI和断裂韧度K IC 。 1、裂纹尖端应力场，应力分析 ①应力场 离裂纹尖端为(，)的一点的应力： （应力分量，极座标）导热硅脂导热系数影响因素试验方案
影响因素试验在药物研发中的作用
拉力试验影响因素
基因芯片实验设计的影响因素
药物稳定性试验方案
探究影响光合作用的因素(实验方案设计)终稿精编版
击实试验的影响因素
断裂韧度与钢组织性能的关系
金属的断裂韧度