作為材料力學(xué)性能測(cè)試的重要環(huán)節(jié)，拉伸測(cè)試在工業(yè)制造、材料研發(fā)等領(lǐng)域都占據(jù)著重要地位。然而，一些常見(jiàn)的錯(cuò)誤會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性產(chǎn)生巨大影響，這些細(xì)節(jié)你都注意到了嗎？
力傳感器是拉伸測(cè)試中的關(guān)鍵組成部分，正確選擇力傳感器至關(guān)重要。一些常見(jiàn)錯(cuò)誤包括：未校準(zhǔn)力傳感器、使用不適當(dāng)量程的力傳感器、力傳感器老化導(dǎo)致失效等。
根據(jù)試樣選擇最合適的力傳感器需要考慮以下因素：
1. 力傳感器量程
基于您測(cè)試樣品所需結(jié)果的最大和最小力值確定所需力傳感器量程。如塑料樣品，既要測(cè)拉伸強(qiáng)度，又要測(cè)模量，就要綜合考慮這兩個(gè)結(jié)果所處力值范圍來(lái)選擇合適的力傳感器。
2. 精度及精度范圍
力傳感器的精度等級(jí)常見(jiàn)的有 0.5 級(jí)和 1 級(jí)。以 0.5 級(jí)為例，通常是指測(cè)量系統(tǒng)允許的最大誤差在示值的 ±0.5% 范圍內(nèi)，而不是滿(mǎn)量程的 ±0.5%，區(qū)分這一點(diǎn)很重要。
如 100N 力傳感器，在測(cè)量 1N 力值時(shí)，示值的 ±0.5% 就是 ±0.005N 誤差，而滿(mǎn)量程的 ±0.5% 則是 ±0.5N 誤差。
有了精度，并不代表整個(gè)量程全都是一個(gè)精度，一定是有下限的，這時(shí)候就要看精度范圍。
以不同的 Instron 試驗(yàn)系統(tǒng)為例，6800 系列的力傳感器可以從滿(mǎn)量程到滿(mǎn)量程的 1/1000 滿(mǎn)足 0.5 級(jí)精度。
夾具是連接力傳感器和試樣的媒介。如何選擇夾具將直接影響到拉伸測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。從測(cè)試表觀現(xiàn)象看，使用不合適的夾具或錯(cuò)誤的操作出現(xiàn)的主要問(wèn)題是打滑或斷鉗口。
試樣打滑的顯著表現(xiàn)是試樣從夾具中脫出或曲線(xiàn)異常的力值波動(dòng)。另外也可以通過(guò)測(cè)試前在接近夾持位置劃線(xiàn)標(biāo)記，看標(biāo)記線(xiàn)是否有遠(yuǎn)離夾面，或試樣夾持位置齒痕是否出現(xiàn)拖痕來(lái)判斷。
判斷試樣是否打滑的兩種檢測(cè)方式
發(fā)現(xiàn)打滑時(shí)，先確認(rèn)夾持試樣時(shí)手動(dòng)夾具是否擰緊，氣動(dòng)夾具氣壓是否足夠大，試樣夾持長(zhǎng)度是否足夠。
在操作沒(méi)有問(wèn)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(yīng)采用鋸齒夾面而不是光滑的夾面測(cè)試，具有大變形量的橡膠采用自鎖緊或氣動(dòng)夾具而不是手動(dòng)平推夾具。
試樣斷鉗口，顧名思義，就是斷在夾持處。與打滑類(lèi)似，需確認(rèn)對(duì)試樣的夾持壓力是否過(guò)大，夾具或夾面選擇是否合適等。
例如，進(jìn)行繩線(xiàn)拉伸測(cè)試時(shí)，氣壓過(guò)大會(huì)導(dǎo)致斷在鉗口處，導(dǎo)致強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率偏低；薄膜測(cè)試，應(yīng)當(dāng)使用橡膠涂層夾面或線(xiàn)接觸夾面，而不是鋸齒夾面，以免損傷試樣，導(dǎo)致薄膜過(guò)早失效。
載荷鏈的對(duì)中度可以簡(jiǎn)單理解為力傳感器、夾具、轉(zhuǎn)接頭和試樣的中心線(xiàn)是否在一條直線(xiàn)上。在拉伸測(cè)試中，如果載荷鏈的對(duì)中度性不好，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試樣品在加載過(guò)程中受到額外的偏斜力，受力不均勻，影響測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。
載荷鏈對(duì)中狀態(tài)（左一：良好的對(duì)中度；右二：載荷鏈不在一個(gè)軸線(xiàn)上，試樣彎曲）
試驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)先檢查并調(diào)整除試樣以外的載荷鏈對(duì)中性。之后每次夾持試樣時(shí)，注意試樣幾何中心與載荷鏈的加載軸線(xiàn)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(duì)中裝置，以便定位與提高夾持重復(fù)性。
試樣夾持狀態(tài)
（左：試樣夾偏；右：試樣幾何中心與載荷鏈的加載軸線(xiàn)的一致性）
試樣寬度與夾面寬度接近的夾持狀態(tài)
采用試樣對(duì)中裝置進(jìn)行試樣定位夾持
材料在拉伸測(cè)試過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形，應(yīng)變（變形量）測(cè)量常見(jiàn)的錯(cuò)誤包括應(yīng)變測(cè)量源選擇錯(cuò)誤、選擇不適當(dāng)?shù)囊煊?jì)、引伸計(jì)安裝不當(dāng)、校準(zhǔn)不準(zhǔn)確等。
應(yīng)變?cè)吹倪x擇要基于試樣的幾何尺寸、變形量、所需測(cè)試結(jié)果。
比如要測(cè)塑料和金屬的模量，采用橫梁位移測(cè)量會(huì)導(dǎo)致模量結(jié)果偏低，這時(shí)需要兼顧試樣標(biāo)距，所需行程選擇合適的引伸計(jì)。
對(duì)于長(zhǎng)條形箔材、繩線(xiàn)等試樣，則可采用橫梁位移測(cè)量其伸長(zhǎng)率。不論是采用橫梁還是引伸計(jì)，在進(jìn)行拉伸測(cè)試前，確保機(jī)架和引伸計(jì)經(jīng)過(guò)計(jì)量非常重要。
同時(shí)，也要確保引伸計(jì)的正確安裝。不宜太松，導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程中引伸計(jì)打滑，或太緊，導(dǎo)致試樣斷在引伸計(jì)刀口處。
數(shù)據(jù)采樣頻率往往會(huì)被忽略。采樣頻率低，可能導(dǎo)致關(guān)鍵的測(cè)試數(shù)據(jù)丟失，影響結(jié)果的真實(shí)性，如未采集到真正的最大力，導(dǎo)致最大力結(jié)果偏低。采樣頻率過(guò)高，則會(huì)過(guò)度采樣，造成數(shù)據(jù)冗余。
根據(jù)測(cè)試需求和材料特性選擇合適的采樣頻率。一般規(guī)則為采用 50Hz 采樣頻率。但對(duì)于快速變化的值，應(yīng)采用更高的采樣頻率記錄數(shù)據(jù)。
不同采樣頻率的測(cè)試曲線(xiàn)
（左：低采樣頻率；右：高采樣頻率）
尺寸測(cè)量錯(cuò)誤包括不測(cè)量實(shí)際試樣尺寸、測(cè)量位置錯(cuò)誤、測(cè)量工具錯(cuò)誤和尺寸輸入錯(cuò)誤等。
做測(cè)試時(shí)，不應(yīng)直接采用標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸，而是實(shí)際測(cè)量，否則可能導(dǎo)致應(yīng)力偏低或偏高。
不同的試樣類(lèi)型和尺寸范圍，對(duì)尺寸測(cè)量裝置的試驗(yàn)接觸壓力和精度要求不同。
一個(gè)試樣往往要測(cè)量多個(gè)位置的尺寸進(jìn)行平均或取最小值，在記錄、計(jì)算和輸入過(guò)程需多加注意，避免出錯(cuò)。建議采用自動(dòng)尺寸測(cè)量裝置，測(cè)量的尺寸自動(dòng)輸入軟件并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，避免操作錯(cuò)誤的同時(shí)，提高測(cè)試效率。
自動(dòng)尺寸測(cè)量裝置
硬件沒(méi)問(wèn)題，不代表最終的結(jié)果就是對(duì)的。各類(lèi)材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試結(jié)果會(huì)有具體的定義和試驗(yàn)說(shuō)明。
軟件中的設(shè)置應(yīng)基于這些定義和測(cè)試流程說(shuō)明進(jìn)行，如預(yù)加載，測(cè)試速率，計(jì)算類(lèi)型的選擇和具體參數(shù)設(shè)定等。
除了以上和試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)的常見(jiàn)錯(cuò)誤，試樣制備、測(cè)試環(huán)境等也對(duì)拉伸測(cè)試有重要影響，需予以重視。
關(guān)注細(xì)節(jié)，才能更準(zhǔn)確地獲取材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為工業(yè)制造和科研提供可靠的支持。您還有哪些關(guān)于拉伸測(cè)試的問(wèn)題或經(jīng)驗(yàn)分享，歡迎在文末留言。
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