作為(wei)材料力學性能(neng)測試(shi)的重要(yao)環節,拉伸測試(shi)在工業制造、材料研(yan)發等(deng)領域都占據著重要(yao)地位。然而,一些(xie)(xie)常見的錯(cuo)誤會對測(ce)試結(jie)果準(zhun)確性產(chan)生巨(ju)大影響,這些(xie)(xie)細節你都注意到(dao)了(le)嗎?
力(li)傳感器(qi)是拉(la)伸測試中的關(guan)鍵組成部分,正確(que)選擇(ze)力(li)傳感器(qi)至(zhi)關(guan)重要。一些常見錯誤包(bao)括:未校準力(li)傳感器(qi)、使用不適當(dang)量程(cheng)的力(li)傳感器(qi)、力(li)傳感器(qi)老化導(dao)致(zhi)失效(xiao)等(deng)。
根據試樣選擇最合適的力傳感(gan)器需要考慮以(yi)下(xia)因素(su):
1. 力傳感器(qi)量程(cheng)
基于您測試樣品所需結果的最大和最小力值確定所需力傳感器量程。如塑料樣品,既要(yao)測(ce)拉伸(shen)強度,又要(yao)測(ce)模量(liang),就要(yao)綜合考慮這兩個結果所處力(li)值(zhi)范圍來選擇合適的力(li)傳感器。
2. 精度及精度范圍
力傳感器的精度等級常見的有 0.5 級和 1 級。以 0.5 級為例,通常是指測量系統允許的最大誤差在示值的 ±0.5% 范圍內,而不是滿量程的 ±0.5%,區分這一點很重要。
如 100N 力傳感器,在測量 1N 力值時,示值的(de) ±0.5% 就是 ±0.005N 誤差,而(er)滿量程的(de) ±0.5% 則是 ±0.5N 誤差。
有了精度,并不代表整個量程全都是一個精度,一定是有下限的,這時候就要看精度范圍。
以(yi)不(bu)同的(de) Instron 試驗系統為例,6800 系列(lie)的(de)力傳感器可以(yi)從滿量程到滿量程的(de) 1/1000 滿足(zu) 0.5 級精度(du)。
夾(jia)具(ju)(ju)是連接力傳(chuan)感器和(he)試(shi)樣的(de)媒(mei)介。如何選擇夾(jia)具(ju)(ju)將直接影響到拉伸測試(shi)的(de)準確性(xing)(xing)和(he)可靠(kao)性(xing)(xing)。從測試(shi)表觀現象看,使用(yong)不(bu)合適的(de)夾(jia)具(ju)(ju)或錯誤的(de)操作出現的(de)主要(yao)問(wen)題(ti)是打滑或(huo)斷鉗口。
試(shi)(shi)樣打滑的(de)顯著表現是試(shi)(shi)樣從夾(jia)具中脫(tuo)出或(huo)曲線異常的(de)力值波(bo)動。另外(wai)也可以通過測(ce)試(shi)(shi)前在(zai)接近夾(jia)持位(wei)置劃(hua)線標(biao)(biao)記(ji),看(kan)標(biao)(biao)記(ji)線是否有遠離夾(jia)面(mian),或(huo)試(shi)(shi)樣夾(jia)持位(wei)置齒痕是否出現拖(tuo)痕來判斷。
判(pan)斷試樣是否打滑的(de)兩種檢測(ce)方式
發現打滑時,先確認夾持試樣時手動夾具是否擰緊,氣動夾具氣壓是否足夠大,試樣夾持長度是否足夠。
在操作沒有問題的情況下,考慮夾具或夾面選擇是否合適。例如金屬板材應采用鋸齒夾面而不是光滑的夾面測試,具有大變形量的橡膠采用自鎖緊或氣動夾具而不是手動(dong)平推夾具。
試樣斷鉗口,顧名思義,就是斷在夾持處。與打滑類似,需確認對試樣的夾持壓力是否過大,夾具或夾面選擇是否合適等。
例(li)如,進(jin)行繩線拉伸測試時,氣壓(ya)過(guo)大會導致(zhi)(zhi)斷在鉗口處,導致(zhi)(zhi)強度和伸長率偏低;薄膜測試,應當使用橡膠(jiao)涂層夾面或線接(jie)觸(chu)夾面,而(er)不是鋸齒夾面,以免(mian)損傷(shang)試樣,導致(zhi)(zhi)薄膜過(guo)早失效。
載(zai)荷鏈的對中度可以簡單理(li)解(jie)為力傳感器、夾具、轉接頭和試樣(yang)的中心線是否(fou)在一(yi)條直線上。在拉伸測(ce)試(shi)(shi)中,如(ru)果載荷鏈(lian)的(de)(de)對(dui)中度性(xing)不(bu)好,會導致測(ce)試(shi)(shi)樣品在加載過(guo)程中受(shou)到額外的(de)(de)偏斜力,受(shou)力不(bu)均勻,影響測(ce)試(shi)(shi)結果的(de)(de)真實性(xing)。
載(zai)荷(he)鏈對中(zhong)(zhong)狀(zhuang)態(左一:良(liang)好的對中(zhong)(zhong)度;右二:載(zai)荷(he)鏈不在一個軸線上,試(shi)樣彎曲)
試驗開始前,應先檢查并調整除試樣以外的載荷鏈對中性。之后每次夾持試樣時,注意試樣幾何中心與載荷鏈的加載軸線的一致性。可選擇與試樣夾持寬度接近的夾面寬度,或安裝試樣對中裝置,以(yi)便定(ding)位與(yu)提(ti)高夾持(chi)重復性。
試樣夾持(chi)狀態
(左(zuo):試樣夾偏;右:試樣幾何中心(xin)與載荷鏈(lian)的加載軸線(xian)的一致性)
試樣寬度與夾面寬度接近的夾持狀態
采用試樣對中裝(zhuang)置進行(xing)試樣定位(wei)夾持(chi)
材料在(zai)拉(la)伸測試過程中會發生變形(xing),應(ying)變(變形(xing)量)測量常見(jian)的錯誤包括應變測量源選(xuan)擇(ze)錯(cuo)誤、選(xuan)擇(ze)不(bu)(bu)適當的(de)引伸計(ji)(ji)、引伸計(ji)(ji)安裝不(bu)(bu)當、校準(zhun)不(bu)(bu)準(zhun)確等。
應變(bian)源的(de)選擇要基于試樣的幾何(he)尺寸、變形量、所需測試結果。
比(bi)如要測塑料和(he)金屬的模量,采用橫梁(liang)位(wei)移測量會導致模量結(jie)果偏低,這(zhe)時需(xu)要兼(jian)顧試(shi)樣標距,所需(xu)行程(cheng)選擇合適的引伸計。
對于(yu)長(chang)條形箔(bo)材、繩線等試(shi)(shi)樣,則(ze)可采用橫(heng)梁(liang)(liang)位移(yi)測量其(qi)伸長率。不論(lun)是(shi)采用橫(heng)梁(liang)(liang)還是(shi)引(yin)伸計,在進行拉伸測試(shi)(shi)前,確保(bao)機架和引(yin)伸計(ji)經(jing)過計(ji)量非(fei)常重要(yao)。
同時,也要(yao)確(que)保(bao)引(yin)伸(shen)計的正確(que)安裝。不宜太松,導致測試過程中引(yin)伸(shen)計打(da)滑(hua),或太緊,導致試樣斷在引(yin)伸(shen)計刀口處。
數據采(cai)(cai)樣(yang)頻率(lv)往(wang)往(wang)會(hui)被(bei)忽(hu)略(lve)。采(cai)(cai)樣(yang)頻率(lv)低,可能導(dao)致關(guan)鍵(jian)的測試數據丟(diu)失,影響結(jie)果(guo)(guo)的真(zhen)實性,如(ru)未采(cai)(cai)集到真(zhen)正的最大力,導(dao)致最大力結(jie)果(guo)(guo)偏低。采(cai)(cai)樣(yang)頻率(lv)過高,則會(hui)過度(du)采(cai)(cai)樣(yang),造成數據冗余。
根(gen)據測試需求和(he)材料特性選擇合適的采(cai)(cai)(cai)樣(yang)頻率(lv)。一般規則為采(cai)(cai)(cai)用(yong) 50Hz 采(cai)(cai)(cai)樣(yang)頻率(lv)。但對(dui)于快速變(bian)化的值,應采(cai)(cai)(cai)用(yong)更高的采(cai)(cai)(cai)樣(yang)頻率(lv)記錄數據。
不同采樣頻率的測試曲線
(左:低采樣頻率;右:高采樣頻率)
尺(chi)寸測(ce)量錯誤(wu)包括不測量(liang)實際(ji)試樣尺寸、測量(liang)位置錯(cuo)誤、測量(liang)工具錯(cuo)誤和尺寸輸入錯(cuo)誤等。
做測試時,不應直(zhi)接采用標準試樣尺寸(cun),而是實際測量,否則可(ke)能導(dao)致應力偏(pian)低或偏(pian)高(gao)。
不(bu)同(tong)的試樣類型和尺(chi)寸范圍,對尺(chi)寸測量裝置的試驗接(jie)觸壓力(li)和精度要求不(bu)同(tong)。
一(yi)個試樣(yang)往(wang)往(wang)要測量多(duo)個位置的尺寸(cun)進行(xing)平均或取最小值,在記錄、計(ji)算和輸入過程需多(duo)加注意,避(bi)(bi)免出錯(cuo)(cuo)。建議采(cai)用自動尺寸(cun)測量裝置,測量的尺寸(cun)自動輸入軟件并進行(xing)統計(ji)計(ji)算,避(bi)(bi)免操作錯(cuo)(cuo)誤的同時,提高測試效率。
自動尺寸測量裝置
硬件沒問題,不代表最終的結果就是對的。各類材料的相關標準對測(ce)試結果會(hui)有(you)具體的定義和試驗說明。
軟(ruan)件中(zhong)的設(she)置應基于(yu)這些(xie)定義和測試流程說明進行,如預加(jia)載,測試速率,計算類(lei)型(xing)的(de)選擇和具體參數設定(ding)等。
除了以上和試驗系統相關的常見錯誤,試樣制備、測試環境等也對拉伸測試有重要影響,需予以重視。
關注細節,才能更準確地獲取材料的力學性能數據,為工業制造和科研提供可靠的支持。您還有哪些關于拉伸測試的問題或經驗分享,歡迎在文末留言。
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