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【干货】材料拉伸测试中的常见错误,你了解多少?

更新时间:2024-02-27浏览:346次

作为材料力学性能测试的重要环节,拉伸测试在工业制造、材料研发等领域都占据着重要地位。然而,一些常见的错误会对测试结果准确性产生巨大影响,这些细节你都注意到了吗?



01
力传感器与测试要求不匹配

力传感器是拉伸测试中的关键组成部分,正确选择力传感器至关重要。一些常见错误包括:未校准力传感器、使用不适当量程的力传感器、力传感器老化导致失效等

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解决方案

根据试样选择最合适的力传感器需要考虑以下因素:


1. 力传感器量程

基于您测试样品所需结果的最大和最小力值确定所需力传感器量程。如塑料样品,既要测拉伸强度,又要测模量,就要综合考虑这两个结果所处力值范围来选择合适的力传感器。


2. 精度及精度范围

力传感器的精度等级常见的有 0.5 级和 1 级。以 0.5 级为例,通常是指测量系统允许的最大误差在示值的 ±0.5% 范围内,而不是满量程的 ±0.5%,区分这一点很重要。


如 100N 力传感器,在测量 1N 力值时,示值的 ±0.5% 就是 ±0.005N 误差,而满量程的 ±0.5% 则是 ±0.5N 误差。


有了精度,并不代表整个量程全都是一个精度,一定是有下限的,这时候就要看精度范围


以不同的 Instron 试验系统为例,6800 系列的力传感器可以从满量程到满量程的 1/1000 满足 0.5 级精度。


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力传感器系统精度范围



02
夹具不适用或操作错误

夹具是连接力传感器和试样的媒介。如何选择夹具将直接影响到拉伸测试的准确性和可靠性。从测试表观现象看,使用不合适的夹具或错误的操作出现的主要问题是打滑断钳口



打滑


试样打滑的显著表现是试样从夹具中脱出或曲线异常的力值波动。另外也可以通过测试前在接近夹持位置划线标记,看标记线是否有远离夹面,或试样夹持位置齿痕是否出现拖痕来判断。


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判断试样是否打滑的两种检测方式


解决方案

发现打滑时,先确认夹持试样时手动夹具是否拧紧,气动夹具气压是否足够大,试样夹持长度是否足够


在操作没有问题的情况下,考虑夹具或夹面选择是否合适。例如金属板材应采用锯齿夹面而不是光滑的夹面测试,具有大变形量的橡胶采用锁紧或气动夹具而不是手动平推夹具。




断钳口


解决方案

试样断钳口,顾名思义,就是断在夹持处。与打滑类似,需确认对试样的夹持压力是否过大夹具或夹面选择是否合适等。


例如,进行绳线拉伸测试时,气压过大会导致断在钳口处,导致强度和伸长率偏低;薄膜测试,应当使用橡胶涂层夹面或线接触夹面,而不是锯齿夹面,以免损伤试样,导致薄膜过早失效。




03
载荷链对中度差

载荷链的对中度可以简单理解为力传感器、夹具、转接头和试样的中心线是否在一条直线上。在拉伸测试中,如果载荷链的对中度性不好,会导致测试样品在加载过程中受到额外的偏斜力,受力不均匀,影响测试结果的真实性。


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载荷链对中状态(左一:良好的对中度;右二:载荷链不在一个轴线上,试样弯曲)


解决方案

试验开始前,应先检查并调整除试样以外的载荷链对中性。之后每次夹持试样时,注意试样几何中心与载荷链的加载轴线的一致性。可选择试样夹持宽度接近的夹面宽度,或安装试样对中装置,以便定位与提高夹持重复性。


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试样夹持状态

(左:试样夹偏;右:试样几何中心与载荷链的加载轴线的一致性)


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试样宽度与夹面宽度接近的夹持状态


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采用试样对中装置进行试样定位夹持




04
应变源的错误选择和操作

材料在拉伸测试过程中会发生变形,应变(变形量)测量常见的错误包括应变测量源选择错误、选择不适当的引伸计、引伸计安装不当、校准不准确等


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解决方案

应变源的选择要基于试样的几何尺寸、变形量、所需测试结果


比如要测塑料和金属的模量,采用横梁位移测量会导致模量结果偏低,这时需要兼顾试样标距,所需行程选择合适的引伸计。


对于长条形箔材、绳线等试样,则可采用横梁位移测量其伸长率。不论是采用横梁还是引伸计,在进行拉伸测试前,确保机架和引伸计经过计量非常重要。


同时,也要确保引伸计的正确安装。不宜太松,导致测试过程中引伸计打滑,或太紧,导致试样断在引伸计刀口处。




05
采样频率不合适

数据采样频率往往会被忽略。采样频率低,可能导致关键的测试数据丢失,影响结果的真实性,如未采集到真正的最大力,导致最大力结果偏低。采样频率过高,则会过度采样,造成数据冗余。


解决方案

根据测试需求和材料特性选择合适的采样频率。一般规则为采用 50Hz 采样频率。但对于快速变化的值,应采用更高的采样频率记录数据。


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不同采样频率的测试曲线

(左:低采样频率;右:高采样频率)




06
尺寸测量错误

尺寸测量错误包括不测量实际试样尺寸、测量位置错误、测量工具错误和尺寸输入错误等。


解决方案
  • 做测试时,不应直接采用标准试样尺寸,而是实际测量,否则可能导致应力偏低或偏高。


  • 不同的试样类型和尺寸范围,对尺寸测量装置的试验接触压力和精度要求不同。


  • 一个试样往往要测量多个位置的尺寸进行平均或取最小值,在记录、计算和输入过程需多加注意,避免出错。建议采用自动尺寸测量装置,测量的尺寸自动输入软件并进行统计计算,避免操作错误的同时,提高测试效率。


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自动尺寸测量装置




07
软件设置错误

硬件没问题,不代表最终的结果就是对的。各类材料的相关标准对测试结果会有具体的定义和试验说明。


软件中的设置应基于这些定义和测试流程说明进行,如预加载,测试速率,计算类型的选择和具体参数设定等。


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除了以上和试验系统相关的常见错误,试样制备、测试环境等也对拉伸测试有重要影响,需予以重视。


关注细节,才能更准确地获取材料的力学性能数据,为工业制造和科研提供可靠的支持。您还有哪些关于拉伸测试的问题或经验分享,欢迎在文末留言。



 

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