拉力試驗(yàn)影響因素

1、        拉力試驗(yàn)機(jī)拉伸速度主要對(duì)于拉伸速度、斷后延伸率、屈服強(qiáng)度的影響。拉伸速度試驗(yàn)機(jī)的影響隨材料的不同而有所差異，因此做拉伸試驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法規(guī)定的速率進(jìn)行試驗(yàn)，否則會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。1.抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度隨著試驗(yàn)速度的上升，抗拉強(qiáng)度增大，但到達(dá)一定階段后趨于穩(wěn)定2.屈服強(qiáng)度：試驗(yàn)速度較慢時(shí)，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度相差比較大；試驗(yàn)速度愈快，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的差值逐漸減少。3.斷后延伸率：拉伸速度的提高使斷后延伸率下降，到一定階段后斷后伸長(zhǎng)率下降趨于緩慢。(另外塑性大的抗拉強(qiáng)度和斷后伸

2、長(zhǎng)率對(duì)拉伸速度的敏感性大，而塑性小的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率對(duì)拉伸速度敏感性則相對(duì)較小。) 一般情況拉伸速度的變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響如上，但對(duì)于塑料材料，它屬于粘彈性材料，它的應(yīng)力松弛過(guò)程與變形速度緊密相連。當(dāng)拉伸速度減小時(shí)，拉伸強(qiáng)度減小，斷裂伸長(zhǎng)率增大；拉伸速度增大時(shí)，塑料呈現(xiàn)脆性，拉伸強(qiáng)度增大，斷裂伸長(zhǎng)率減小。由于材料種類(lèi)繁多，性能差異很大，彈性階段與塑性階段的過(guò)渡情況很復(fù)雜，通過(guò)和殘余應(yīng)力等指標(biāo)作為材料彈性階段與塑性階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的指標(biāo)來(lái)反應(yīng)材料的過(guò)渡過(guò)程的性能，其中屈服點(diǎn)與非比例應(yīng)力是最常用的指標(biāo)。雖然屈服點(diǎn)與非比例應(yīng)力同是反應(yīng)材料彈性階段與塑性階段“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”的指標(biāo)，但它們反應(yīng)了不同過(guò)渡階段特

3、性的材料的特點(diǎn)，因此它們的定義不同，求取方法不同，所需設(shè)備也不完全相同。因此筆者將分別對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。從上面的描述，可以看出準(zhǔn)確求取屈服點(diǎn)在材料力學(xué)性能試驗(yàn)中是非常重要的，在許多的時(shí)候，它的重要性甚至大于材料的極限強(qiáng)度值（極限強(qiáng)度是所有材料力學(xué)性能必需求取的指標(biāo)之一），然而非常準(zhǔn)確的求取它，在許多的時(shí)候又是一件不太容易的事。它受到許多因素的制約，歸納起來(lái)有：1.夾具的影響；2.試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)的影響；3.結(jié)果處理軟件的影響；4.試驗(yàn)人員理論水平的影響等。這其中的每一種影響都包含了不同的方面。下面逐一進(jìn)行分析：一、夾具的影響這類(lèi)影響在試驗(yàn)中發(fā)生的機(jī)率較高，主要表現(xiàn)為試樣夾持部分打滑或試驗(yàn)機(jī)某

4、些力值傳遞環(huán)節(jié)間存在較大的間隙等因素，它在舊機(jī)器上出現(xiàn)的概率較大。由于機(jī)器在使用一段時(shí)間后，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間會(huì)產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，使得摩擦系數(shù)明顯降低，最直觀的表現(xiàn)為夾塊的鱗狀尖峰被磨平，摩擦力大幅度的減小。當(dāng)試樣受力逐漸增大達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)，試樣就會(huì)打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現(xiàn)象。如果以前使用該試驗(yàn)機(jī)所作試驗(yàn)屈服值正常，而現(xiàn)在所作試驗(yàn)屈服值明顯偏低，且在某些較硬或者較脆的材料試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)象尤為明顯，則一般應(yīng)首先考慮是這一原因。這時(shí)需及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的大修，消除間隙，更換夾塊。二、試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)的影響試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)是整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的核心，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前這一環(huán)節(jié)基本上采用了各種電子電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)控。由于自動(dòng)測(cè)

5、控知識(shí)的深?yuàn)W，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，原理的不透明，一旦在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中考慮不周，就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并且難以分析其原因。針對(duì)材料屈服點(diǎn)的求取最主要的有下列幾點(diǎn)：1、傳感器放大器頻帶太窄由于目前試驗(yàn)機(jī)上所采用的力值檢測(cè)元件基本上為載荷傳感器或壓力傳感器，而這兩類(lèi)傳感器都為模擬小信號(hào)輸出類(lèi)型，在使用中必須進(jìn)行信號(hào)放大。眾所周知，在我們的環(huán)境中，存在著各種各樣的電磁干擾信號(hào)，這種干擾信號(hào)會(huì)通過(guò)許多不同的渠道偶合到測(cè)量信號(hào)中一起被放大，結(jié)果使得有用信號(hào)被干擾信號(hào)淹沒(méi)。為了從干擾信號(hào)中提取出有用信號(hào)，針對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)，一般在放大器中設(shè)置有低通濾波器。合理的設(shè)置低通濾波器的截止頻率，將放大器的頻帶限制在一個(gè)

6、適當(dāng)?shù)姆秶?，就能使試?yàn)機(jī)的測(cè)量控制性能得到極大的提高。然而在現(xiàn)實(shí)中，人們往往將數(shù)據(jù)的穩(wěn)定顯示看的非常重要，而忽略了數(shù)據(jù)的真實(shí)性，將濾波器的截止頻率設(shè)置的非常低。這樣在充分濾掉干擾信號(hào)的同時(shí)，往往把有用信號(hào)也一起濾掉了。在日常生活中，我們常見(jiàn)的電子秤，數(shù)據(jù)很穩(wěn)定，其原因之一就是它的頻帶很窄，干擾信號(hào)基本不能通過(guò)。這樣設(shè)計(jì)的原因是電子秤稱(chēng)量的是穩(wěn)態(tài)信號(hào)，對(duì)稱(chēng)量的過(guò)渡過(guò)程是不關(guān)心的，而材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量的是動(dòng)態(tài)信號(hào)，它的頻譜是非常寬的，若頻帶太窄，較高頻率的信號(hào)就會(huì)被衰減或?yàn)V除，從而引起失真。對(duì)于屈服表現(xiàn)為力值多次上下波動(dòng)的情況，這種失真是不允許的。就萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)而言，筆者認(rèn)為這一頻帶最小也應(yīng)大于10

7、HZ，最好達(dá)到30HZ。在實(shí)際中，有時(shí)放大器的頻帶雖然達(dá)到了這一范圍，但人們往往忽略了A/D轉(zhuǎn)換器的頻帶寬度，以至于造成了實(shí)際的頻帶寬度小于設(shè)置頻寬。以眾多的試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用的AD7705、AD7703、AD7701等為例。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器以“最高輸出數(shù)據(jù)速率4KHZ”運(yùn)行時(shí)，它的模擬輸入處理電路達(dá)到最大的頻帶寬度10HZ。當(dāng)以試驗(yàn)機(jī)最常用的100HZ的輸出數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，其模擬輸入處理電路的實(shí)際帶寬只有0.25HZ，這會(huì)把很多的有用信號(hào)給丟失，如屈服點(diǎn)的力值波動(dòng)等。用這樣的電路當(dāng)然不能得到正確試驗(yàn)結(jié)果。2、數(shù)據(jù)采集速率太低目前模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。A/D轉(zhuǎn)換器的種

8、類(lèi)很多，但在試驗(yàn)機(jī)上采用最多的是型A/D轉(zhuǎn)換器。這類(lèi)轉(zhuǎn)換器使用靈活，轉(zhuǎn)換速率可動(dòng)態(tài)調(diào)整，既可實(shí)現(xiàn)高速低精度的轉(zhuǎn)換，又可實(shí)現(xiàn)低速高精度的轉(zhuǎn)換。在試驗(yàn)機(jī)上由于對(duì)數(shù)據(jù)的采集速率要求不是太高，一般達(dá)每秒幾十次到幾百次就可滿(mǎn)足需求，因而一般多采用較低的轉(zhuǎn)換速率，以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度。但在某些廠家生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)上，為了追求較高的采樣分辨率，以及極高的數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定性，而將采樣速度降的很低，這是不可取的。因?yàn)楫?dāng)采樣速度很低時(shí)，對(duì)高速變化的信號(hào)就無(wú)法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集。例如金屬材料性能試驗(yàn)中，當(dāng)材料發(fā)生屈服而力值上下波動(dòng)時(shí)信號(hào)變化就是如此，以至于不能準(zhǔn)確求出上下屈服點(diǎn)，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，結(jié)果丟了西瓜撿芝麻。那么如何判斷一個(gè)

9、系統(tǒng)的頻帶寬窄以及采樣速率的高低呢？嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這需要許多的專(zhuān)用HY-1080人員來(lái)完成。但通過(guò)下面介紹的簡(jiǎn)單方法，可做出一個(gè)定性的認(rèn)識(shí)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的采樣分辨率達(dá)到幾萬(wàn)分之一以上，而顯示數(shù)據(jù)依然沒(méi)有波動(dòng)或顯示數(shù)據(jù)具有明顯的滯后感覺(jué)時(shí)，基本可以確定它的通頻帶很窄或采樣速率很低。除非特殊場(chǎng)合（如：校驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)力值精度的高精度標(biāo)定儀），否則在試驗(yàn)機(jī)上是不可使用的。3、控制方法使用不當(dāng)針對(duì)材料發(fā)生屈服時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系（發(fā)生屈服時(shí)，應(yīng)力不變或產(chǎn)生上下波動(dòng)，而應(yīng)變則繼續(xù)增大）國(guó)標(biāo)推薦的控制模式為恒應(yīng)變控制，而在屈服發(fā)生前的彈性階段控制模式為恒應(yīng)力控制，這在絕大多數(shù)試驗(yàn)機(jī)及某次試驗(yàn)中是很難完成的。因?yàn)樗笤趧?/p>

10、出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)改變控制模式，而試驗(yàn)的目的本身就是為了要求取屈服點(diǎn)，怎么可能以未知的結(jié)果作為條件進(jìn)行控制切換呢？所以在現(xiàn)實(shí)中，一般都是用同一種控制模式來(lái)完成整個(gè)的試驗(yàn)的（即使使用不同的控制模式也很難在上屈服點(diǎn)切換，一般會(huì)選擇超前一點(diǎn)）。對(duì)于使用恒位移控制（速度控制）的試驗(yàn)機(jī)，由于材料在彈性階段的應(yīng)力速率與應(yīng)變速率成正比關(guān)系，只要選擇合適的試驗(yàn)速度，全程采用速度控制就可兼容兩個(gè)階段的控制特性要求。但對(duì)于只有力控制一種模式的試驗(yàn)機(jī)，如果試驗(yàn)機(jī)的響應(yīng)特別快（這是自動(dòng)控制努力想要達(dá)到的目的），則屈服發(fā)生的過(guò)程時(shí)間就會(huì)非常短，如果數(shù)據(jù)采集的速度不夠高，則就會(huì)丟失屈服值（原因第2點(diǎn)已說(shuō)明），優(yōu)異的控制性能反

11、而變成了產(chǎn)生誤差的原因。所以在選擇試驗(yàn)機(jī)及控制方法時(shí)最好不要選擇單一的載荷控制模式。三、結(jié)果處理軟件的影響目前生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)絕大部分都配備了不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)（如PC機(jī)，單片機(jī)等），以完成標(biāo)準(zhǔn)或用戶(hù)定義的各類(lèi)數(shù)據(jù)測(cè)試。與過(guò)去廣泛采用的圖解法相比有了非常大的進(jìn)步。然而由于標(biāo)準(zhǔn)的滯后，原有的部分定義，就顯得不夠明確。如屈服點(diǎn)的定義，HY-20080解釋?zhuān)鴽](méi)有定量的說(shuō)明，很不適應(yīng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理的需求。這就造成了：1、判斷條件的各自設(shè)定就屈服點(diǎn)而言（以金屬拉伸GB/T228-2002為例）標(biāo)準(zhǔn)是這樣定義的： “屈服強(qiáng)度：當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)，應(yīng)區(qū)分上屈服

12、強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。上屈服強(qiáng)度：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力。下屈服強(qiáng)度：在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。”這個(gè)定義在過(guò)去使用圖解法時(shí)一般沒(méi)有什么疑問(wèn)，但在今天使用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)就產(chǎn)生了問(wèn)題。屈服強(qiáng)度的疑問(wèn)：如何理解“塑性變形發(fā)生而力不增加（保持恒定）”？由于各種干擾源的存在，即使材料在屈服階段真的力值保持絕對(duì)恒定（這是不可能的），計(jì)算機(jī)所采集的數(shù)據(jù)也不會(huì)絕對(duì)保持恒定，這就需要給出一個(gè)允許的數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍，由于國(guó)標(biāo)未作定義，所以各個(gè)試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠家只好自行定義。由于條件的不統(tǒng)一，所求結(jié)果自然也就有所差異。上下屈服強(qiáng)度的疑問(wèn)：若材料出現(xiàn)上下屈服點(diǎn)，則必然出現(xiàn)力值的上下波動(dòng)，但這個(gè)波

13、動(dòng)的幅度是多少呢？國(guó)標(biāo)未作解釋?zhuān)羧〉奶?，可能將干擾誤求為上下屈服點(diǎn)，若取得太大，則可能將部分上下屈服點(diǎn)丟失。目前為了解決這一難題，各廠家都想了許多的辦法，如按材料進(jìn)行分類(lèi)定義“誤差帶”及“波動(dòng)幅度”，這可以解決大部分的使用問(wèn)題。但對(duì)不常見(jiàn)的材料及新材料的研究依然不能解決問(wèn)題。為此部分廠家將“誤差帶”及“波動(dòng)幅度”設(shè)計(jì)為用戶(hù)自定義參數(shù)，這從理論上解決了問(wèn)題，但對(duì)使用者卻提出了極高的要求。2、對(duì)下屈服點(diǎn)定義中“不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)”的誤解什么叫“初始瞬時(shí)效應(yīng)”？它是如何產(chǎn)生，是否所有的試驗(yàn)都存在？這些問(wèn)題國(guó)標(biāo)都未作解釋。所以在求取下屈服強(qiáng)度時(shí)絕大多數(shù)的情況都是丟掉了第一個(gè)“下峰點(diǎn)”的。筆者經(jīng)過(guò)多方

14、查閱資料，了解到“初始瞬時(shí)效應(yīng)”是早期生產(chǎn)的通過(guò)擺錘測(cè)力的試驗(yàn)機(jī)所特有的一種現(xiàn)象，其原因是“慣性”作用的影響。既然不是所有的試驗(yàn)機(jī)都存在初始瞬時(shí)的效應(yīng)，所以在求取結(jié)果時(shí)就不能一律丟掉第一個(gè)下峰點(diǎn)。但事實(shí)上，大部分的廠家的試驗(yàn)機(jī)處理程序都是丟掉了第一個(gè)下峰點(diǎn)的。四、試驗(yàn)人員的影響在試驗(yàn)設(shè)備已確定的情況下，試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)劣就完全取決于試驗(yàn)人員的綜合素質(zhì)。目前我國(guó)材料試驗(yàn)機(jī)的操作人員綜合素質(zhì)普遍不高，專(zhuān)業(yè)知識(shí)與理論水平普遍較為欠缺，再加上新概念、新名詞的不斷出現(xiàn)，使他們很難適應(yīng)材料試驗(yàn)的需求。在材料屈服強(qiáng)度的求取上常出現(xiàn)如下的問(wèn)題：1、將非比例應(yīng)力與屈服混為一談雖然非比例應(yīng)力與屈服都是反應(yīng)材料彈性階段

15、與塑性階段的過(guò)渡狀態(tài)的指標(biāo)，但兩者有著本質(zhì)的不同。屈服是材料固有的性能，而非比例應(yīng)力是通過(guò)人為規(guī)定的條件計(jì)算的結(jié)果，當(dāng)材料存在屈服點(diǎn)時(shí)是無(wú)需求取非比例應(yīng)力的，只有材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)時(shí)才求取非比例應(yīng)力。部分試驗(yàn)人員對(duì)此理解不深，以為屈服點(diǎn)、上屈服、下屈服、非比例應(yīng)力對(duì)每一個(gè)試驗(yàn)都存在，而且需全部求取。2、將具有不連續(xù)屈服的趨勢(shì)當(dāng)作具有屈服點(diǎn)國(guó)標(biāo)對(duì)屈服的定義指出，當(dāng)變形繼續(xù)發(fā)生，而力保持不變或有波動(dòng)時(shí)叫做屈服。但在某些材料中會(huì)發(fā)生這樣一種現(xiàn)象，雖然變形繼續(xù)發(fā)生，力值也繼續(xù)增大，但力值的增大幅度卻發(fā)生了由大到小再到大的過(guò)程。從曲線(xiàn)上看，有點(diǎn)象產(chǎn)生屈服的趨勢(shì)，并不符合屈服時(shí)力值恒定的定義。正如在第三

16、類(lèi)影響中提到的，由于對(duì)“力值恒定”的條件沒(méi)有定量指標(biāo)規(guī)定，這時(shí)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生這一現(xiàn)象是否是屈服，屈服值如何求取等問(wèn)題的爭(zhēng)論。拉力試驗(yàn)機(jī)是非常精密的儀器，有些系列的拉力試驗(yàn)機(jī)精度甚至達(dá)到五十萬(wàn)分之一，影響測(cè)量結(jié)果的因素稍微有些變化，就可能就會(huì)出現(xiàn)誤差。今天我們就來(lái)講講拉力試驗(yàn)機(jī)誤差產(chǎn)生的幾個(gè)原因。    拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)量結(jié)果中的誤差主要分為三種情況。一，測(cè)量誤差(方法誤差及理論值誤差)、二，環(huán)境誤差(影響誤差)、三，儀器和儀表上的誤差。一、測(cè)量誤差    由于對(duì)于測(cè)量對(duì)象上的不同，從而會(huì)導(dǎo)致拉力機(jī)在使用測(cè)量方法、理論依據(jù)上存在一些區(qū)別，從而導(dǎo)致了測(cè)量誤差。即凡是在電池片剝離試驗(yàn)機(jī)測(cè)量結(jié)果的表達(dá)式中沒(méi)有得到反映的因素，而實(shí)際上這些因素又起作用時(shí)所引起的誤差，我們又稱(chēng)為理論誤差。比如：用普通拉力機(jī)萬(wàn)用表測(cè)量電路中高阻值電阻兩端的電壓時(shí)，由于萬(wàn)用表電壓擋內(nèi)阻不高而形成分流，就會(huì)引起測(cè)量誤差。二、影響誤差或者說(shuō)環(huán)境誤差    通常是指拉力機(jī)由于受到來(lái)自于溫度、濕度、氣壓、電磁場(chǎng)、機(jī)械振動(dòng)、聲音、光、放射性等因素的影響，所造成的附加誤差。三、儀器和儀表上的誤差    拉力試驗(yàn)機(jī)自身所帶的儀器、儀表本身上的