基于Origin软件的ABS冲击力学行为分析

王凯歌 曹新鑫 吴梦林 菅珂婕 何小芳

（河南理工大学 材料科学与工程学院，焦作，454000）

丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）是目前流行最广的通用塑料之一，具有优异的力学性能、加工性能，被广泛应用于家用电器、汽车配件和建筑材料[1-3]。在其实际的使用环境中，常常受到外力的影响，导致性能下降，因此对ABS的力学行为分析至关重要。力学行为分析可探究材料在受到外力时本身的形变和变化规律，便于研究者设计和优化产品的力学性能，减少外力因素对材料的破坏，延长使用周期[4-5]。

冲击实验常用来测量材料的冲击强度，使用单一的数值表征材料的冲击性能，但材料本身在冲击力作用下的形变规律和变化曲线没有得到相应的体现[6]。材料在实际使用中受到外力冲击时，引起的损伤往往很微小，但随着使用的加剧，材料强度和模量下降，易引发安全事故，因此研究材料在冲击力作用下的力学行为很是重要[7-8]。

Origin软件可以用来处理实验数据，实现对数据的绘图、分析、拟合等处理，研究发现，Origin软件可以很好地实现数据处理，便于研究者分析结果和相关趋势[9-10]。本文实验数据来源于ABS缺口冲击实验，探究在相同试样宽度B和缺口深度a下，跨距L与冲击功、跨距与裂纹尖端能量释放率G的关系。经Origin 2016软件对实验数据的分析处理，数据变化规律明显，便于实验人员分析和验证相关理论。

1 材料的制备和数据来源

图1 试样外观形状Fig.1 Appearance and shape of a sample

试样按ASTM D256-2010标准规定注塑成标准冲击试样并加工出V型缺口，试样宽度为8.0 mm，缺口深度 3.0 mm，缺口夹角为 45°±1°，缺口尖端曲率半径为0.25±0.05 mm，试样形状如图1所示。改变试样跨距L，对试样进行冲击测试，并记录实验数据。表1为不同试样厚度（D）下跨距与冲击功数据，表2为不同跨距下的裂纹尖端能量释放率数据。

表1 不同试样厚度下跨距与冲击功Tab.1 Spacing and impact of specimens with different thickness

表2不同跨距下的裂纹尖端能量释放率Tab.2 Energy release rates(G)of crack tips under different spacing

2 Origin 2016软件数据处理

本文以ABS缺口冲击实验数据为数据源，对Origin 2016软件处理数据操作进行详细介绍，依次为：数据导入、点线图绘制、数据拟合、格式调整、文本框导入和图像导出。希望方便其他研究人员的使用，减轻工作负担，提高科研效率。

2.1 数据导入和点线图绘制

2.1.1 数据导入

首先，“双击”桌面Origin 2016快捷方式，打开软件，操作界面如图2所示。“Book 1”为工作表窗口，是Origin工作的基础区域，用来记录和处理数据。图中标蓝、绿、红、紫色区域为常用快捷方式，分别表示：菜单栏、工具栏、快捷方式栏和快捷绘图工具栏。

“Long Name”为试样的规格和实验所测冲击功；“Units”为对应单位，分别为“mm”和“J”。 在“Book1”空白页面“右击”鼠标，点击“Add New Column”添加新的数据列。点击单元格可直接输入中文汉字、英文字母、数字等符号。图3为导入数据后的截图。B、C、D、E列对应厚度依次为 15、13、10、7 mm。

图2 打开界面截图Fig.2 A screeshot of the operation interface of Origin 2016

图3 数据导入图Fig.3 Data import diagram

2.1.2 点线图绘制

由表1数据可知，将“跨距”设置为坐标“X”轴，“冲击功”设置为“Y”轴，将4组数据放在同坐标图中，便于观察变化趋势。将数据全部选中，点击软件左下角“line+symbol”按钮，生成“Graph 1”点线图，具体操作截屏见图4。

图4 多曲线点线图绘制截图Fig.4 Screenshots of point-line drawing of multiple curves

2.2 数据拟合、格式调整和文本框导入

2.2.1 数据拟合

对数据进行“拟合”处理，点击“Analysis-fitting-Linear Fit-Open Dialog”。在弹出的窗口中选择“Add all plots in active page”如图 5。 图 6为多曲线点线图和拟合曲线图。

2.2.2 格式调整和文本框插入

双击坐标轴，在弹出对话框中的 “Line and Ticks-Major Ticks(Minor Ticks)-Style-In”将坐标轴刻度调至内侧。“Scale”可修改基本格式如：坐标原点、终点、间距等；“Line and Ticks”可修改坐标轴上刻度的方向和刻度线的粗细；“Tick labels-Format-size”可修改“刻度值”格式。修改后点击“OK”即可应用。

双击“Graph 1”中的文本框，可直接进行调整格式和内容。双击“Y轴”左侧文本框，将“冲击功1（J）”修改为“冲击功（J）”。 点击左下角“Scatter”将“点线图”改为“点图”。

右击“Graph l”空白处，点击“Add text”在图中添加文本框，输入“D”；点击左侧“快捷栏-↗”添加箭头在“D”左侧，双击“↑”，点击“Line”和“Arrow”调整“线”的格式和“箭头”格式。调整后如图8所示。

图5 数据拟合操作截图Fig.5 Screenshots of data fitting operation)

图6 拟合初始图Fig.6 Fitting initial chart

图7 格式调整操作截图Fig.7 Screenshots of format adjustment operation

图8 数据点图及拟合图Fig.8 Chart of data points and fitting curves

由图8中的拟合曲线可以看出，在同D、同a下，随着试样跨距L加大，冲击功呈现下降的趋势；在同L、同a下，试样厚度D越大，冲击功越大。

图9 拟合数据表Fig.9 Table of fitting data

图9为拟合数据表，从表中可直观的看出拟合曲线的相关数据。“Statistics”表示“统计量”数据；“Summary” 表示 “拟合数据值”；“Standard error”表示“标准误差”；“Intercept”表示“Y 轴截距”；“Slope”表示“斜率”；“R-Square”表示“方差”，方差数值越小，表示数据离散性越小；“Adj.R-Square”表示“拟合度”；

2.3 图像的导出

方法一：右击“Graph 1”空白处，点击“Print”在弹出对话框中点击 “Microsoft Print to PDF”点击“OK”，保存文件到相应的文件夹。如图10所示。

图10 方法一截图Fig.10 A screenshot of Method 1

方法二：右击“Graph 1”空白处，点击“Copy Page”，将图像粘贴至“Word”文档。

方法三：右击“Graph 1”空白处，点击“Export Graphs”，在窗口中点击“Image Type-jpg”输出格式为“JPG”；点击“Path”选择保存路径。 如图 11所示。

图11 方法三截图Fig.11 A screenshot of Method 3

2.4 跨距、裂尖能量释放率G关系

以表2为数据源，按照上述步骤，用Origin 2016软件作图，拟合、调整。ABS缺口冲击实验中，跨距与裂纹尖端能量释放率绘制的图近似一条直线，在一定误差范围内，裂纹尖端能量释放率与试样的跨距无关，是个固定值。作图结果如图12所示。

图12 试样跨距与G数据点图和拟合图Fig.12 Data point and fitting curve of specimen spacing vs.G(energy release rate)of crack tips

3 结论

ABS缺口冲击实验，是表征材料力学性能的方式之一，与单一力学测试不同之处在于，力学行为分析必须基于大量的实验样条和数据。为便于实验人员分析影响因素和变化趋势，对实验数据的处理、分析、绘图是其中一项重要的过程。Origin 2016软件可实现数据的分析、绘图、拟合，分析结果准确，并且拟合图像清晰、直观，方便研究人员分析实验结果。在实际使用中，反复练习，熟悉操作和分析方法对于提高数据质量和科研效率具有指导意义。