一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置及方法，属于材料性能测试技术领域；所要解决的技术问题是提供了操作方便、成本节约并且测试精度高的测试柔性材料表面摩擦力的测试装置及方法；解决该技术问题采用的技术方案为：本装置包括拉伸试验机、上圆柱棒、长方形槽、下圆柱棒、砝码和计算机，上圆柱棒和下圆柱棒的底面与长方形槽的同一个内侧面固定相连，拉伸试验机的上部拉伸端通过第一拉力线与试件的上端相连，试件的上部与上圆柱棒的右侧环绕，试件的下部与下圆柱棒的左侧环绕，试件的下端通过第二拉力线与砝码或拉伸试验机的底部支座相连，拉伸试验机内的传感器与计算机相连；本发明专利技术可广泛应用于柔性材料表面的摩擦力测量领域。

【技术实现步骤摘要】
一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置及方法
本专利技术一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置及方法，属于材料性能测试

技术介绍
柔性材料存在于生活中的工业、医疗、科研等各个方面，在应用中常常考虑到柔性材料表面的摩擦力的影响，但由于柔性材料的多样性、复杂性、柔软性、易变形性，其表面的摩擦力不容易测量，这将影响柔性材料在实际中的应用，同时，柔性材料表面摩擦力的测量精度也会影响实际应用的效果。因此，如何简便高精度的测量柔性材料表面的摩擦力，对柔性材料的实际应用具有极其重要的意义。
技术实现思路
本专利技术一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置及方法，克服了现有技术存在的不足，提供了操作方便、成本节约并且测试精度高的测试柔性材料表面摩擦力的测试装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置，包括拉伸试验机、上圆柱棒、长方形槽、下圆柱棒、砝码和计算机，上圆柱棒和下圆柱棒的底面与长方形槽的的同一个内侧面固定相连，拉伸试验机的上部拉伸端通过第一拉力线与试件的上端相连，试件的上部与上圆柱棒的右侧环绕，试件的下部与下圆柱棒的左侧环绕，试件的下端通过第二拉力线与砝码或拉伸试验机的底部支座相连，拉伸试验机内的传感器与计算机相连，计算机用于显示拉伸试验机的上部拉伸端上升的距离、时间和拉力大小变化的数据。进一步，所述上圆柱棒和所述下圆柱棒同形，所述上圆柱棒和所述下圆柱棒为刚体。进一步，所述试件采用柔性材料条带，柔性材料条带所用材料为橡胶轮胎、水凝胶、弹性绳、血管、皮肤和高分子聚合物的一种。进一步，所述第一拉力线与竖直方向的夹角α的范围为15°到45°。进一步，所述拉伸试验机的型号为Instron3343，其应力测量精度为1微牛，位移测量精度为1微米。进一步，所述上圆柱棒和所述下圆柱棒的所用材料为钢或骨。一种测试柔性材料表面摩擦力的方法，基于上述所述的一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置完成，包括以下步骤：S1.将上圆柱棒和下圆柱棒固定在长方体槽中，拉伸试验机的上部拉伸端通过第一拉力线与试件的上端相连，试件的上部与上圆柱棒的右侧环绕，试件的下部与下圆柱棒的左侧环绕，试件的下端通过第二拉力线悬挂砝码，拉伸试验机内的传感器与计算机相连，通过调节上圆柱棒的位置使得第一拉力线与竖直方向呈α角度；S2.在与上圆柱棒圆心正右边缘点相接触的试件上标记为M点；S3.在拉伸试验机以恒定速度v拉伸下，经过时间t后，计算机显示出拉伸试验机输出位移和拉力的关系曲线F1(x)，同时M点运动到M′点；S4.测量砝码上升的高度h及上圆柱棒中心O到M′点的距离a；S5.测量弹性势能ET：将试件的下端固定在拉伸试验机的底部支座，试件的上端固定在拉伸试验机的上部拉伸端，初始时试件处于原长状态，在拉伸试验机作用下，使试件伸长u+s+c-h，式中，u为试件在砝码拉力作用下所产生的变形位移，s+c为试件与两个圆柱棒相对滑动的距离，计算机显示出拉伸试验机输出位移和拉力的关系曲线F2(x)；S6.将实验所测得数据v、t、s、h、a代入下式计算得到摩擦力f：上式中，和为拉伸试验机连接的计算机输出F-x图像的面积，分别表示弹性势能的变化量ET和拉力F做的功为WF，ms为试件的质量，mw为砝码的质量，s+c为上下两个圆柱棒与试件相对滑动的距离，利用下式计算：上式中，R为上圆柱棒半径，H上下两个圆柱棒圆心之间的距离；S7.重复上述步骤多次，求f的平均值与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：本专利技术提供的测试装置装置结构简单，容易制造；本专利技术提供的测试方法操作简单、测量精度精度高，能够实际应用于工业、医疗、科研之中，不仅可以得到可靠的摩擦力数据，也能节约材料成本，能够推动柔性材料的广泛应用，促进经济的发展和社会的进步附图说明图1为本专利技术装置中试件下端悬挂砝码时的工作示意图。图2为本专利技术装置中试件下端与拉伸试验机底部支座相连时的工作示意图。图3为拉伸试验机输出的拉力F做的功WF的图像。图4为拉伸试验机输出的弹性势能ET的图像。图中,1-拉伸试验机的上部拉伸端，2-第一拉力线，3-上圆柱棒，4-长方形槽，5-试件，6-下圆柱棒，7-第二拉力线，8-砝码，9-计算机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。如图1、图2所示，本专利技术一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置，包括拉伸试验机、上圆柱棒3、长方形槽4、下圆柱棒6、砝码8和计算机9，上圆柱棒3和下圆柱棒6的底面与长方形槽4的的同一个内侧面固定相连，拉伸试验机的上部拉伸端1通过第一拉力线2与试件5的上端相连，试件5的上部与上圆柱棒3的右侧环绕，试件5的下部与下圆柱棒6的左侧环绕，试件5的下端通过第二拉力线7与砝码8或拉伸试验机的底部支座相连，拉伸试验机内的传感器与计算机9相连，计算机9用于显示拉伸试验机的上部拉伸端1上升的距离、时间和拉力大小变化的数据。上圆柱棒3和所述下圆柱棒6同形，上圆柱棒3和下圆柱棒6为刚体。第一拉力线2与竖直方向的夹角α的范围为15°到45°。试件5采用柔性材料条带，柔性材料条带所用材料为橡胶轮胎、水凝胶、弹性绳、血管、皮肤和高分子聚合物的一种。上圆柱棒3和下圆柱棒6的所用材料为钢或骨等接近刚体的材料。上圆柱棒3和下圆柱棒3材料的选择因试件5的不同来选择，如当试件5为橡胶轮胎时，圆柱棒选择钢圈；当试件5为水凝胶时，圆柱棒选择骨。拉伸试验机的型号为Instron3343，配有5N和50N的力传感器，其应力测量精度为1微牛，位移测量精度为1微米。本专利技术还提供一种测试柔性材料表面摩擦力的方法，基于上述的一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置完成，包括以下步骤：S1.将上圆柱棒3和下圆柱棒6固定在长方体槽中，拉伸试验机的上部拉伸端1通过第一拉力线2与试件5的上端相连，试件5的上部与上圆柱棒3的右侧环绕，试件5的下部与下圆柱棒6的左侧环绕，试件5的下端通过第二拉力线7悬挂砝码8，拉伸试验机内的传感器与计算机9相连，通过调节上圆柱棒3的位置使得第一拉力线2与竖直方向呈α角度；S2.在与上圆柱棒3圆心正右边缘点相接触的试件5上标记为M点；S3.在拉伸试验机以恒定速度v拉伸下，经过时间t后，计算机9显示出拉伸试验机输出位移和拉力的关系曲线F1(x)，同时M点运动到M′点；S4.测量砝码8上升的高度h及上圆柱棒3中心O到M′点的距离a；S5.测量弹性势能ET：将试件5的下端固定在拉伸试验机的底部支座，试件5的上端固定在拉伸试验机的上部拉伸端1，初始时试件5处于原长状态，在拉伸试验机作用下，使试件5伸长u+s+c-h，式中，u为试件5在砝码8拉力作用下所产生的变形位移，s+c为试件5与两个圆柱棒相对滑动的距离，计算机9显示出拉伸试验机输出位移和拉力的关系曲线F2(x)；S6.将实验所测得数据v、t、s、h、a代入下式计算得到摩擦力f：上式中，为拉伸试验机连接的计算机9输出F-x图像的面积，分别表示弹性势能的变化量ET和拉力F做的功为WF，ms为试件5的质量，mw为砝码8的质量，s+c为上圆柱棒3和下圆柱棒6与试件5相对滑动的距离，利用下式计算：上式中，R为上圆柱棒3半径，H上下两个圆柱棒3，6圆心之间的距离；S7.重复上述步骤多次，求f的平均值上述摩擦力f计算公式推导过程如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置，其特征在于：包括拉伸试验机、上圆柱棒(3)、长方形槽(4)、下圆柱棒(6)、砝码(8)和计算机(9)，上圆柱棒(3)和下圆柱棒(6)的底面与长方形槽(4)的的同一个内侧面固定相连，拉伸试验机的上部拉伸端(1)通过第一拉力线(2)与试件(5)的上端相连，试件(5)的上部与上圆柱棒(3)的右侧环绕，试件(5)的下部与下圆柱棒(6)的左侧环绕，试件(5)的下端通过第二拉力线(7)与砝码(8)或拉伸试验机的底部支座相连，拉伸试验机内的传感器与计算机(9)相连，计算机(9)用于显示拉伸试验机的上部拉伸端(1)上升的距离、时间和拉力大小变化的数据。

【技术特征摘要】
1.一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置，其特征在于：包括拉伸试验机、上圆柱棒(3)、长方形槽(4)、下圆柱棒(6)、砝码(8)和计算机(9)，上圆柱棒(3)和下圆柱棒(6)的底面与长方形槽(4)的的同一个内侧面固定相连，拉伸试验机的上部拉伸端(1)通过第一拉力线(2)与试件(5)的上端相连，试件(5)的上部与上圆柱棒(3)的右侧环绕，试件(5)的下部与下圆柱棒(6)的左侧环绕，试件(5)的下端通过第二拉力线(7)与砝码(8)或拉伸试验机的底部支座相连，拉伸试验机内的传感器与计算机(9)相连，计算机(9)用于显示拉伸试验机的上部拉伸端(1)上升的距离、时间和拉力大小变化的数据。2.根据权利要求1所述的一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置,其特征在于:所述上圆柱棒(3)和所述下圆柱棒(6)同形，所述上圆柱棒(3)和所述下圆柱棒(6)为刚体。3.根据权利要求1所述的一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置,其特征在于:所述试件(5)采用柔性材料条带，柔性材料条带所用材料为橡胶轮胎、水凝胶、弹性绳、血管、皮肤和高分子聚合物的一种。4.根据权利要求1所述的一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置,其特征在于:所述第一拉力线(2)与竖直方向的夹角α的范围为15°到45°。5.根据权利要求1所述的一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置,其特征在于:所述拉伸试验机的型号为Instron3343，其应力测量精度为1微牛，位移测量精度为1微米。6.根据权利要求2所述的一种测试柔性材料表面摩擦力的测试装置,其特征在于:所述上圆柱棒(3)和所述下圆柱棒(6)的所用材料为钢或骨。7.一种测试柔性材料表面摩擦力的方法，其特征在于基于权利要求1-6任一所述的一种测试柔性材料表面摩擦...

【专利技术属性】
技术研发人员：武晓刚，陈魁俊，武晓红，王艳芹，王兆伟，张全有，高志鹏，郭红梅，郭媛，陈维毅，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14