基于Origin軟件的ABS沖擊力學行為分析

王凱歌 曹新鑫 吳夢林 菅珂婕 何小芳

（河南理工大學 材料科學與工程學院，焦作，454000）

丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）是目前流行最廣的通用塑料之一，具有優異的力學性能、加工性能，被廣泛應用于家用電器、汽車配件和建筑材料[1-3]。在其實際的使用環境中，常常受到外力的影響，導致性能下降，因此對ABS的力學行為分析至關重要。力學行為分析可探究材料在受到外力時本身的形變和變化規律，便于研究者設計和優化產品的力學性能，減少外力因素對材料的破壞，延長使用周期[4-5]。

沖擊實驗常用來測量材料的沖擊強度，使用單一的數值表征材料的沖擊性能，但材料本身在沖擊力作用下的形變規律和變化曲線沒有得到相應的體現[6]。材料在實際使用中受到外力沖擊時，引起的損傷往往很微小，但隨著使用的加劇，材料強度和模量下降，易引發安全事故，因此研究材料在沖擊力作用下的力學行為很是重要[7-8]。

Origin軟件可以用來處理實驗數據，實現對數據的繪圖、分析、擬合等處理，研究發現，Origin軟件可以很好地實現數據處理，便于研究者分析結果和相關趨勢[9-10]。本文實驗數據來源于ABS缺口沖擊實驗，探究在相同試樣寬度B和缺口深度a下，跨距L與沖擊功、跨距與裂紋尖端能量釋放率G的關系。經Origin 2016軟件對實驗數據的分析處理，數據變化規律明顯，便于實驗人員分析和驗證相關理論。

1 材料的制備和數據來源

圖1 試樣外觀形狀Fig.1 Appearance and shape of a sample

試樣按ASTM D256-2010標準規定注塑成標準沖擊試樣并加工出V型缺口，試樣寬度為8.0 mm，缺口深度 3.0 mm，缺口夾角為 45°±1°，缺口尖端曲率半徑為0.25±0.05 mm，試樣形狀如圖1所示。改變試樣跨距L，對試樣進行沖擊測試，并記錄實驗數據。表1為不同試樣厚度（D）下跨距與沖擊功數據，表2為不同跨距下的裂紋尖端能量釋放率數據。

表1 不同試樣厚度下跨距與沖擊功Tab.1 Spacing and impact of specimens with different thickness

表2不同跨距下的裂紋尖端能量釋放率Tab.2 Energy release rates(G)of crack tips under different spacing

2 Origin 2016軟件數據處理

本文以ABS缺口沖擊實驗數據為數據源，對Origin 2016軟件處理數據操作進行詳細介紹，依次為：數據導入、點線圖繪制、數據擬合、格式調整、文本框導入和圖像導出。希望方便其他研究人員的使用，減輕工作負擔，提高科研效率。

2.1 數據導入和點線圖繪制

2.1.1 數據導入

首先，“雙擊”桌面Origin 2016快捷方式，打開軟件，操作界面如圖2所示。“Book 1”為工作表窗口，是Origin工作的基礎區域，用來記錄和處理數據。圖中標藍、綠、紅、紫色區域為常用快捷方式，分別表示：菜單欄、工具欄、快捷方式欄和快捷繪圖工具欄。

“Long Name”為試樣的規格和實驗所測沖擊功；“Units”為對應單位，分別為“mm”和“J”。 在“Book1”空白頁面“右擊”鼠標，點擊“Add New Column”添加新的數據列。點擊單元格可直接輸入中文漢字、英文字母、數字等符號。圖3為導入數據后的截圖。B、C、D、E列對應厚度依次為 15、13、10、7 mm。

圖2 打開界面截圖Fig.2 A screeshot of the operation interface of Origin 2016

圖3 數據導入圖Fig.3 Data import diagram

2.1.2 點線圖繪制

由表1數據可知，將“跨距”設置為坐標“X”軸，“沖擊功”設置為“Y”軸，將4組數據放在同坐標圖中，便于觀察變化趨勢。將數據全部選中，點擊軟件左下角“line+symbol”按鈕，生成“Graph 1”點線圖，具體操作截屏見圖4。

圖4 多曲線點線圖繪制截圖Fig.4 Screenshots of point-line drawing of multiple curves

2.2 數據擬合、格式調整和文本框導入

2.2.1 數據擬合

對數據進行“擬合”處理，點擊“Analysis-fitting-Linear Fit-Open Dialog”。在彈出的窗口中選擇“Add all plots in active page”如圖 5。 圖 6為多曲線點線圖和擬合曲線圖。

2.2.2 格式調整和文本框插入

雙擊坐標軸，在彈出對話框中的 “Line and Ticks-Major Ticks(Minor Ticks)-Style-In”將坐標軸刻度調至內側。“Scale”可修改基本格式如：坐標原點、終點、間距等；“Line and Ticks”可修改坐標軸上刻度的方向和刻度線的粗細；“Tick labels-Format-size”可修改“刻度值”格式。修改后點擊“OK”即可應用。

雙擊“Graph 1”中的文本框，可直接進行調整格式和內容。雙擊“Y軸”左側文本框，將“沖擊功1（J）”修改為“沖擊功（J）”。 點擊左下角“Scatter”將“點線圖”改為“點圖”。

右擊“Graph l”空白處，點擊“Add text”在圖中添加文本框，輸入“D”；點擊左側“快捷欄-↗”添加箭頭在“D”左側，雙擊“↑”，點擊“Line”和“Arrow”調整“線”的格式和“箭頭”格式。調整后如圖8所示。

圖5 數據擬合操作截圖Fig.5 Screenshots of data fitting operation)

圖6 擬合初始圖Fig.6 Fitting initial chart

圖7 格式調整操作截圖Fig.7 Screenshots of format adjustment operation

圖8 數據點圖及擬合圖Fig.8 Chart of data points and fitting curves

由圖8中的擬合曲線可以看出，在同D、同a下，隨著試樣跨距L加大，沖擊功呈現下降的趨勢；在同L、同a下，試樣厚度D越大，沖擊功越大。

圖9 擬合數據表Fig.9 Table of fitting data

圖9為擬合數據表，從表中可直觀的看出擬合曲線的相關數據。“Statistics”表示“統計量”數據；“Summary” 表示 “擬合數據值”；“Standard error”表示“標準誤差”；“Intercept”表示“Y 軸截距”；“Slope”表示“斜率”；“R-Square”表示“方差”，方差數值越小，表示數據離散性越小；“Adj.R-Square”表示“擬合度”；

2.3 圖像的導出

方法一：右擊“Graph 1”空白處，點擊“Print”在彈出對話框中點擊 “Microsoft Print to PDF”點擊“OK”，保存文件到相應的文件夾。如圖10所示。

圖10 方法一截圖Fig.10 A screenshot of Method 1

方法二：右擊“Graph 1”空白處，點擊“Copy Page”，將圖像粘貼至“Word”文檔。

方法三：右擊“Graph 1”空白處，點擊“Export Graphs”，在窗口中點擊“Image Type-jpg”輸出格式為“JPG”；點擊“Path”選擇保存路徑。 如圖 11所示。

圖11 方法三截圖Fig.11 A screenshot of Method 3

2.4 跨距、裂尖能量釋放率G關系

以表2為數據源，按照上述步驟，用Origin 2016軟件作圖，擬合、調整。ABS缺口沖擊實驗中，跨距與裂紋尖端能量釋放率繪制的圖近似一條直線，在一定誤差范圍內，裂紋尖端能量釋放率與試樣的跨距無關，是個固定值。作圖結果如圖12所示。

圖12 試樣跨距與G數據點圖和擬合圖Fig.12 Data point and fitting curve of specimen spacing vs.G(energy release rate)of crack tips

3 結論

ABS缺口沖擊實驗，是表征材料力學性能的方式之一，與單一力學測試不同之處在于，力學行為分析必須基于大量的實驗樣條和數據。為便于實驗人員分析影響因素和變化趨勢，對實驗數據的處理、分析、繪圖是其中一項重要的過程。Origin 2016軟件可實現數據的分析、繪圖、擬合，分析結果準確，并且擬合圖像清晰、直觀，方便研究人員分析實驗結果。在實際使用中，反復練習，熟悉操作和分析方法對于提高數據質量和科研效率具有指導意義。