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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 生物材料 » 材料表征测试 » 水凝胶的压缩测试
汕头大学海洋科学接受调剂
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songdaofeng

银虫 (著名写手)

[求助] 水凝胶的压缩测试

有几个问题一直困扰着我，就是关于水凝胶压缩测试中，得到的模量问题！看了很多文献，关于这个模量，大体有三种叫法，杨氏模量，压缩模量，弹性模量，看了论坛上的帖子，说杨氏模量就是弹性模量，那么，压缩模量究竟与他们是不是一回事呢？还有就是这个模量的计算，文献上的方法也不一致，有两种，1，计算斜率
The Young’s modulus (E ) was calculated as the slope of the stress–strain curve, in the range of strain from 0 to 10%，或者The compressive modulus of the hydrogel was determined by calculating the slope of a linear region of the stress–strain curve.

2，应力与应变的比值 Young’s modulus of samples was calculated by the ratio of stress and strain at break point

这两种计算方法的结果截然不同，如果自己和自己比还好说，但如果和国际标准值，比如说植入材料有一个力的范围，那么，这个计算就很关键了！求高人解答！
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1楼 2013-04-28 14:45:26
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songdaofeng

银虫 (著名写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by Jackcd12 at 2013-04-28 17:52:48
除了材料的强度测试外，测弹性模量相关的性质时，都有一个加载和卸载过程，因为，在弹性范围内测试，就不存在材料断裂的问题，因此，一般以卸载时产生的应力-应变曲线的切线为计算标准。

查了一下卸载曲线的定义：从受压应力-应变全曲线或包络线上的任一点（σu，εu）卸载至应力为零，得完全卸载曲线。那么，对于凝胶材料，应变量10-20%，确实是处于卸载曲线上的。如果用origin，计算的话，应如何计算10-20%这段曲线，其切线的斜率呢？我是用的线性拟合的方法，直接可以求出斜率，不知道对不对？
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5楼2013-04-28 21:03:20
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Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)
★
fool_proof: 金币+1, 欢迎常来生物材料版应助交流 2013-04-28 22:09:40
在应变量为10-20%区间内，尽量选线性段长的部分作切线。由于切线和应变量的选择具有人为因素，因此，有时文献上的数据很难绝对比较，但你掌握这个原则，对所有样品都采用相同的规则操作的话，你的样品之间的可比性就应该是很强的。在Origin中，对指定曲线段作切线而不是线性拟合。
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Themoreamanlearns,themoreheknowshisignorance!
6楼2013-04-28 21:14:08
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普通回帖

Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
fool_proof: 金币+1, 欢迎常来生物材料版应助交流 2013-04-28 16:13:17
songdaofeng: 金币+15 2013-04-28 21:03:31
模量是材料在弹性范围内的固有性质，不管是杨氏模量，压缩模量还是弹性模量，都应该是在弹性范围内的应力-应变曲线（一般是以卸载时的曲线而不是加载时的曲线）的切线来计算的。对水凝胶这个特殊的复合材料，测试就不溶液，一般普通的力学测试机由于力传感器量程太大，不适合测水凝胶。即使要用，也得选一个量程很小的传感器。此外，就是应变量的问题，不同文献和国标有不同的选择标准，一般以应变量10-20%比较合适，没有绝对的规定值，因此，你给出的模量数据或刚度数量，需要注明因变量的大小（范围）。
  知道水凝胶的力学测试本身就存在一些不确定性，因此，在看文献时，数据仅供参考，而且，要看测试条件。
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Themoreamanlearns,themoreheknowshisignorance!
2楼2013-04-28 16:01:50
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songdaofeng

银虫 (著名写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by Jackcd12 at 2013-04-28 16:01:50
模量是材料在弹性范围内的固有性质，不管是杨氏模量，压缩模量还是弹性模量，都应该是在弹性范围内的应力-应变曲线（一般是以卸载时的曲线而不是加载时的曲线）的切线来计算的。对水凝胶这个特殊的复合材料，测试就 ...

您好，一般是以卸载时的曲线而不是加载时的曲线，这个是指什么意思呢？是不是应力应变曲线后半部分？
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3楼2013-04-28 16:47:04
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Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)

【答案】应助回帖

★
fool_proof: 金币+1, 欢迎常来生物材料版应助交流 2013-04-28 18:42:14
除了材料的强度测试外，测弹性模量相关的性质时，都有一个加载和卸载过程，因为，在弹性范围内测试，就不存在材料断裂的问题，因此，一般以卸载时产生的应力-应变曲线的切线为计算标准。
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Themoreamanlearns,themoreheknowshisignorance!
4楼2013-04-28 17:52:48
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songdaofeng

银虫 (著名写手)
引用回帖:
6楼: Originally posted by Jackcd12 at 2013-04-28 21:14:08
在应变量为10-20%区间内，尽量选线性段长的部分作切线。由于切线和应变量的选择具有人为因素，因此，有时文献上的数据很难绝对比较，但你掌握这个原则，对所有样品都采用相同的规则操作的话，你的样品之间的可比性就 ...

对指定曲线段作切线具体怎么操作呢，因为做切线好像是对某点做的？
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7楼2013-04-28 22:02:20
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Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)
如果应变量10-20%范围的卸载曲线为直线最好哦，如果是弧线的话，那你就选靠近10%附近的一点作切线就行了，文章中最好注明应变量的大小。
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Themoreamanlearns,themoreheknowshisignorance!
8楼2013-04-28 22:20:32
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songdaofeng

银虫 (著名写手)
引用回帖:
8楼: Originally posted by Jackcd12 at 2013-04-28 22:20:32
如果应变量10-20%范围的卸载曲线为直线最好哦，如果是弧线的话，那你就选靠近10%附近的一点作切线就行了，文章中最好注明应变量的大小。

哦，明白了。还有一点就是，得出的斜率，数值就是所求的模量，那么单位就是应力应变曲线纵坐标的单位吧，一般是MPa或者KPa？
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9楼2013-04-28 23:35:29
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Jackcd12

至尊木虫 (知名作家)
弹性模量的定义就是应力与应变的比值，单位为MPa, or KPa，单位面积上的力。
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Themoreamanlearns,themoreheknowshisignorance!
10楼2013-04-29 00:40:59
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