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内容：

杨氏模量和抗拉强度：你需要知道的一切

介绍

一般定义

什么是杨氏模量?

杨氏模量，也称为拉伸模量、弹性模量或牵引模量(Pa为压力单位(N.m^-2;10MPa相当于每平方毫米1Kg的力)是一种具有力学性能的线弹性材料。它评估刚性或固体材料的弹性，即材料的变形和使其变形所需的动力之间的关系。例如，与软材料相比，硬材料需要更大的力来变形。橡胶的模量为1MPa，铁的模量为200GPa(200.000倍以上)。对同样厚度的试样施加同样的力，橡胶试样的拉伸量会增加200.000倍。
物理对象的变形首先取决于设计几何形状。事实上，很容易理解厚的一块比薄的一块更难变形。

力与变形的关系如下:

地点:
是伸长率(长度/原长度)，没有单位
- - - - - -σ重音在PA还是PSI
F是力的单位是N或lbf
–s是横截面，单位为m²或in²

对一根半径为2cm（截面为0.00126）的2米长、杨氏模量为200 GPa的钢杆施加400千克力（4000N），钢杆将变形4000/（0.00126*200.000.000）=0.016，此时钢杆的尺寸为2.032m

什么是抗拉强度?

抗拉强度是材料所能承受的最大应力的值。这是塑性区和破裂区之间的极限。
注意阻力和弹性的区别是很重要的。
橡皮筋比意大利面更容易变形，但更难折断。

什么是断裂伸长率?

断裂伸长率是指材料在断裂前能够承受的伸长率。它没有单位。
一根静止长度为10厘米，断裂前长度为15厘米的杆的断裂伸长率为0.5%，有时为50%。

应力-应变曲线

材质的行为主要有3种类型，具体取决于（除其他变量外）用于使其变形的强度。工程应力-应变曲线上的屈服点将这些行为分开：

在第一个屈服点之前，材料会有弹性行为，这意味着，如果我们释放施加的强度，它将回到其初始状态。
超出弹性极限时，材料将具有弹性塑料的行为，将发生永久变形。例如，建模粘土始终具有塑性行为。
最后，如果施加的强度太大，则材料将达到极限强度点，断裂点．在此之后，this将会中断，但由于它与许多变量相关联，如对象的几何形状，因此很难确切地知道它将在何时发生。

操作模式

什么是拉力测试?

拉伸测试这是一种实验性的测量方法，你可以尝试拉长一个物体，同时测量你用来拉长物体的强度。拉伸过程以恒定的速度进行，直到达到断裂点。这为我们提供了根据延伸率绘制力曲线所需的一切。根据这些值，我们可以推断出材料的弹性模量及其在断裂点的伸长率。

为了确保我们的结果具有相关性，我们一直遵循塑料注射规范机构的建议，因为3D打印规范尚未制定（ISO 527-2 1BA）。这些试样具有较大的端部，以确保最大应力和应变集中在中心部位。每个试验至少在5个试样上进行。

测试结果

对柔性塑料进行了试验，尼龙，黑色尼龙，玻璃填充尼龙，酰胺和Alumide．

均质材料：

白色的塑料(PA12)

我们的白色的塑料物体是由于激光烧结，一层一层地，这意味着材料的属性在每个方向上都是不一样的。这就是我们所说的an 各向异性 材料。的确，两层之间的内聚力比同一层粉末颗粒之间的内聚力要弱。当垂直拉时，材料比在层方向更容易产生。我们平均得到：

水平印刷的杨氏模量为1,78gp，垂直印刷的杨氏模量为1,52gpa
沿各层断裂时的应变为21%，垂直方向仅为8%
拉伸强度沿层方向为48MPa，垂直方向为35MPa。

染色的影响 染色是我们的塑料在高温下浸泡在染色槽中的一种处理方法，这可能会改变材料的性能。然而，如果我们看结果，变化似乎很小，从白色PA的数据可以作为参考。 我们平滑美化过程的效果 平滑美化者是一种物理化学过程，它改变塑料的表面性质，使其具有光泽的外观。验证这种处理不会改变PA12的性能似乎是合理的。在实践中，我们观察到经过处理的表面更脆，但当厚度超过2mm时，白色塑料的性能保持不变。

黑色塑料（PA11）

黑色塑料和我们制造白色塑料的方法一样，但材料有点不同。黑色塑料作为一个整体比白色塑料更柔韧。因此，根据牵引的方向，我们应该得到不同的模量。我们平均得到：

水平打印的杨氏模量为1,87GPa，垂直打印的杨氏模量为1,84GPa，两者非常相似
断裂时沿层应变为22%垂直应变仅为16%
沿着各层的抗拉强度为45MPa，垂直于各层的抗拉强度为48MPa，这非常令人惊讶。

灵活的塑料(TPU)

软塑料顾名思义，它是一种极其柔韧的材料。然而，我们可以认识到TPU几乎没有任何线性行为，这就是为什么我们不喜欢对其杨氏模量做任何声明的原因。然而，我们得到的平均值是:

断裂时张力为40%
抗拉强度为4.5MPa，比聚酰胺低十倍。

复合材料:

这些材料是尼龙基增强复合材料。添加它们是为了使材料更轻或更强。

Alumide:

Alumide是用铝粉增强的塑料。它更轻，也更各向同性。此外，它给了一个彩色斑驳的面貌。铝化物具有较大的弹性区域和较短的塑性区域。断裂模式是脆性的。

杨氏模量1.32 GPa在x,y打印和1.4 GPa在z打印。
拉伸强度:x、y打印42 Mpa, z打印41 Mpa。
断裂伸长率x、y印刷为4.4%，z印刷为4.2%。

玻璃填充尼龙:

GF尼龙是一种用微玻璃球增强的尼龙基材料，它使结构在层向上更强，在垂直方向上更易碎。它在z方向是脆的，在x,y方向是塑性的。

杨氏模量1.42 GPa在x,y打印和0.8 GPa在z打印。
x、y打印的抗拉强度为46 Mpa，z打印的抗拉强度为24 Mpa。
x、y印花的断裂伸长率为10.1%，z印花的断裂伸长率为2.2%。

酰胺：

酰胺是一种用短碳纤维增强的尼龙基复合材料。增强体的纤维几何形状使其在x、y尺寸上具有特别好的机械性能。然而，在其他方面，这些属性被弃用。

杨氏模量1.75GPa在x,y打印。
拉伸强度70 Mpa在x、y打印。
x,y印刷时断裂伸长率为4.4%。

这些测试使我们对Sculpteo生产的材料的性能有了很好的估计。Bet188亚洲此外，它们与你可以在科学报告中找到的数据是一致的。然而，这些结果只是指示性的，最好还是原型化一个对象，以确保其可靠性。还有其他类型的弹性模量，如体积模量、剪切模量或泊松比，实际上需要使用额外的弹性特性。