彈性模量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法3

1、1.彈性模量的測(cè)量3.2.1試驗(yàn)儀器與方法試驗(yàn)采用平板圓柱壓頭測(cè)定PVAHASilk復(fù)合水凝膠的壓縮彈性模量。測(cè)試裝置與應(yīng)力松弛裝置相同，在UMTⅡ多功能微摩擦試驗(yàn)機(jī)上，壓頭尺寸為Ф4mm，試驗(yàn)中試樣厚度為1.5mm，試樣壓縮位移為試樣厚度的58，加載速度為5mmmin，采樣間隔為0.02s。過(guò)程中初期產(chǎn)生的變形視作線彈性變形。UMTⅡ多功能微摩擦試驗(yàn)機(jī)直接采集壓痕深度和壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，而壓痕法測(cè)彈性模量所關(guān)注的是壓力隨壓痕深度的

2、變化關(guān)系，因此對(duì)從試驗(yàn)機(jī)上獲得的數(shù)據(jù)做以下處理：將試驗(yàn)機(jī)中的“testfile”轉(zhuǎn)換為文本文檔，根據(jù)壓痕深度和壓力的變化選取瞬時(shí)沖擊的數(shù)據(jù)段，導(dǎo)入igin軟件后繪出壓力隨壓痕變化的圖像，將該圖像進(jìn)行線性擬合得到一條直線，進(jìn)而使用igin中的微分功能求出該直線的斜率，由彈性模量的定義式(34)可以求出PVAHASilk復(fù)合水凝膠的彈性模量值。（34）kApFhE?????式中：彈性模量；：應(yīng)力；E?：應(yīng)變；：作用載荷；?F：試樣厚度：試樣

3、橫截面積；hA：試樣壓縮變形k：應(yīng)力應(yīng)變曲線斜率p2.滲透率的測(cè)量3.5.1試驗(yàn)原理(TestingPrinciple)滲透率是指完全充滿孔隙空間的、單位壓力梯度下粘度為1cP的流體通過(guò)單位橫截面積孔隙介質(zhì)的體積流量，是多孔介質(zhì)允許流體通過(guò)能力的量度。在液體流動(dòng)過(guò)程中，滲透率是衡量流體通過(guò)多孔材料的阻力或者摩擦力。根據(jù)達(dá)西定律[136]，液體流動(dòng)速率與施加于多孔材料的壓力梯度成正比，與液體粘度成反比，故(32)????Pkv?其中，k是

4、多孔材料的滲透率，是驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)的壓力梯度，μ是液體粘度，是通過(guò)整個(gè)多孔介質(zhì)??P?v的體積流量速率。對(duì)于一維的流動(dòng)方向來(lái)說(shuō)，式(32)可以改為(33)dxdPkVAQx???3.5.2試驗(yàn)裝置(TestingEquipment)關(guān)節(jié)軟骨的滲透測(cè)量裝置是由高壓氣瓶、充氣閥、減壓閥、試驗(yàn)閥、軟骨滲透裝置、溢流閥、毛細(xì)玻璃管、刻度尺和水箱等元件組成，如圖311所示。在試驗(yàn)時(shí)，先打開(kāi)充氣閥，高壓氣瓶輸出高壓氣體流到減壓閥。減壓閥將高壓氣體轉(zhuǎn)化

5、為低壓氣體，過(guò)一段時(shí)間后，獲得穩(wěn)壓的低壓氣體。再打開(kāi)試驗(yàn)閥，低壓氣體經(jīng)過(guò)軟骨滲透裝置，致使少量液體流入到毛細(xì)玻璃管，記錄刻度尺上的液柱讀數(shù)。而溢流閥功能主要是在試驗(yàn)前調(diào)節(jié)毛細(xì)玻璃管的液柱高度，確保在試驗(yàn)過(guò)程中的液柱高度在刻度尺的量度范圍之內(nèi)。為了減少試驗(yàn)中的讀數(shù)誤差，采用數(shù)碼相機(jī)記錄刻度尺上的讀數(shù)，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖311滲透率測(cè)試的裝置示意圖Fig311Equipmentschematicsofaperatingtesting圖

6、312軟骨滲透裝置的示意圖Fig312Schematicsoftheperatingequipmentfromarticularcartilage軟骨滲透裝置實(shí)現(xiàn)氣體進(jìn)入和液體流出的功能，主要是由鎖緊螺母、O型密封圈、試樣夾具、多孔板、軟骨試樣、有機(jī)玻璃、平面夾板和鐵架臺(tái)等元件組成，如圖312所示。試驗(yàn)時(shí)，為了防止軟骨試樣在液體流動(dòng)中不產(chǎn)生變形，在軟骨試樣上下表面的夾具中添加了2mm多孔板（超高分子聚乙烯，通孔）。考慮到軟骨上下表面及周