力学测试中的几何美学

在数学的世界里

几何学以其独特的图形美感著称

从点、线、面到平面图形，再到立体图形

丰富的元素平凡却又奇妙

它们共同组合在一起

总能变幻出层出不穷的美丽

几何学与古希腊建筑（图片来源于网络）

当几何与材料力学测试相遇

会碰撞出怎样的火花？

点动成线，线动成面。有一种线条角度是180°，也有一种线条角度是270°，他们有一个共同的名字：渐开线。

什么是渐开线？在平面上，一条动直线（发生线）沿着一个固定的圆（基圆）作滚动的过程中，此直线上任意一点的轨迹，称为此基圆的一条渐开线。

（图片来源于网络）

看似简单的几何图形，却在机械设备中发挥着重要的作用。

传统的平推或楔形结构拉伸夹具在测试高强度线材时，普遍存在由于夹口应力高度集中导致线材断裂在夹口位置或打滑导致测试无效的痛点。

Instron 绳线夹具设计图

早在1968年，Instron 设计工程师就将几何图形融入产品设计，分别在 1kN/2kN 和 5kN/10kN 的绳线夹具上巧妙地设计了一种可以提供 180° 和 270° 的夹持转角的渐开弧线，利用渐开线的特殊曲面阻力平滑过渡和摩檫力逐步分散夹持应力，有效解决了尤其是特种纤维、帘线、绳带等拉伸测试过程中打滑以及断裂在夹口位置的问题，被众多标准引用示意并成为行业典范。

180°绳线夹具

270°绳线夹具

那么生活中有哪些我们所接触到的物品会用到如此富有设计感的夹具呢？

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帘子线用于轮胎、运输带、传动带等橡胶制品的骨架，使其能够承受巨大的压力、冲击负荷和强烈震动。需通过力学测试，以帮助评估帘子线的性能，确保其在轮胎等应用中具备足够的强度和耐久性。

（图片来源于网络）

钢帘线主要用于轿车轮胎、卡车轮胎、工程机械车轮胎和飞机轮胎等橡胶制品的骨架材料，以提高轮胎的强度和耐久性。因此拉伸测试十分必要。

（图片来源于网络）

高强度纤维材料，如聚乙烯纤维 (Dyneema) 或芳纶纤维 (Kevlar)。这些材料具有出色的抗拉特性，能够在受力时保持强度，为防弹衣提供可靠的外围防护。

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血管内导管是用于诊断或在血管系统内提供治疗的设备。导管本身及导管各段连接处需要进行峰值拉力测试。

手术缝合线的强度必须足以将活体组织固定在一起，且在足够长的时间内保持抗拉强度稳定，以便身体愈合，因此必须要经过严格的拉伸测试。

（图片来源于网络）

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力往往象征着刚毅与力量，几何则是柔美与智慧的代表。Instron 集大成于一身，巧妙利用几何之美，让原本就理性和严谨的力学测试，更添一份多彩与魅力。