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一文读懂材料力学测试中的试样尺寸测量

更新时间:2024-05-20浏览:292次

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在日常测试中,除了设备本身的精度参数外,您是否考虑过试样尺寸测量对测试结果带来的影响?本文将结合标准及具体案例,对一些常见材料的尺寸测量给出一些建议。


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试样尺寸测量误差对测试结果影响到底有多大?


此问题取决于两点。


第一,该误差造成的相对误差到底有多大。比如同样是 0.1mm 的误差,对于 10mm 的尺寸,误差为 1%,对于 1mm 的尺寸,误差则达到 10%;


第二,该尺寸对于结果的影响有多大。对于弯曲强度计算公式,宽度对结果是一次方的影响,而厚度对结果的影响则是二次方的影响,相对误差相同的情况下,厚度对结果的影响更大。


如下实际案例,弯曲测试样条标准宽度和厚度分别为 10mm 和 4mm,此时弯曲模量为 8956MPa,当输入真实试样尺寸,宽度和厚度分别为 9.90mm 和 3.90mm 时,弯曲模量变为 9741MPa,增加了将近 9%。


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常见的试样尺寸测量设备性能如何?


目前比较常见的尺寸测量设备,主要为千分尺、卡尺、测厚仪等

普通的千分尺一般量程不超过 30mm,分辨率 1μm,最大示值误差 ±(2~4)μm 左右。高精度的千分尺分辨率可达到 0.1μm,最大示值误差 ±0.5μm。

千分尺内置了一个恒定测量力值,每次测量都能在恒定接触力的情况下得到测量结果,适用于硬质材料的尺寸测量

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常规的卡尺量程一般不超过 300mm,分辨率 0.01mm,最大示值误差 ±0.02~0.05mm 左右。部分大型卡尺量程可达到 1000mm,但误差也会增加。

卡尺的卡紧力值取决于操作员的操作,同一个人的测量结果一般比较稳定,不同人之间的测量结果会有一定差距,适用于硬质材料的尺寸测量以及部分大尺寸软质材料的尺寸测量

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测厚仪的行程、精度和分辨率一般和千分表差不多。此类设备也能提供一个恒定的压力,但压力可以通过改变顶部的负载来调整。一般来说,此类设备适合测量软质材料

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如何选择合适的试样尺寸测量设备?


选择尺寸测量设备的核心是确保能获得有代表性的、重复性高的测试结果。首先我们要考虑的是基本参数:量程精度。此外,例如千分尺、卡尺等常用的尺寸测量设备都属于接触式测量设备,对于一些特殊形状或者软质样品,我们还应考虑测头形状以及接触力的影响。实际上,不少标准都对尺寸测量设备提出了相应的要求:


ISO 16012:2015 规定了对于注塑样条,可使用千分尺或者千分表式厚度计测量注塑试样的宽度和厚度;对于机加工的试样,还可使用卡尺和非接触测量设备。对于 <10mm 的尺寸测量结果,要确保精度在 ±0.02mm 以内,对于 ≥10mm 的尺寸测量结果,精度要求为 ±0.1mm。


GB/T 6342 规定了泡沫塑料和橡胶的尺寸测量方法。对于部分样品,允许使用千分尺以及卡尺,但严格规定了千分尺和卡尺的使用方法避免样品受很大的力,造成测量结果不准确。此外对于厚度 <10mm 的试样,标准还推荐使用测微计,但对接触应力做了严格的要求,为 100±10Pa。


GB/T 2941 则规定了橡胶样品的尺寸测量方法,值得指出的是对于厚度  <30mm 的试样,标准规定了测头的形状为直径 2mm~10mm 的圆形平面压足,对于硬度 ≥35 IRHD 的样品,施加的负载为 22±5kPa,对于硬度 <35 IRHD 的样品,施加的负载为 10±2kPa。



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一些常见材料可推荐哪些测量设备?


  • 对于塑料拉伸样条,推荐千分尺测量宽度和厚度;

  • 对于缺口冲击样条,可用千分尺或分辨率1μm的测厚仪测量,但测头底部圆弧半径不超过 0.10mm;

  • 对于薄膜样品,推荐分辨率优于1μm的测厚仪测量厚度;

  • 对于橡胶拉伸样品,推荐测厚仪测量厚度,但要注意测头面积和负载;

  • 对于较薄的发泡材料,推荐专用测厚仪测量厚度。



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除了设备选择,尺寸测量还有哪些注意事项?


有些试样的测量位置要考虑能代表试样的真实尺寸

例如注塑成型的弯曲样条,样条侧面会存在一个不大于 1° 的脱模角,因此宽度的最大最小值之间的误差能达到 0.14mm。


此外注塑试样会存在热收缩,在试样中间测量和边缘测量会存在较大差异,因此相关标准也会规定测量的位置。例如 ISO 178 要求试样宽度的测量位置为厚度中心线 ±0.5mm 的位置,厚度测量位置为宽度中心线 ±3.25mm 的位置。



在确保尺寸测量无误外,还应注意防止人为输入错误引起的误差


对于本文提到的千分尺、卡尺、测厚仪等设备,Instron 所有试验系统均支持一键导入尺寸测量结果,避免人为输入误差


以上便是关于材料力学测试中试样尺寸测量的主要内容。力学测试中的每一个细节都关乎测试结果的准确性,如何选择正确的试样尺寸测量设备同样至关重要。


如您有任何关于试样尺寸测量的疑问,欢迎在下方留言共同讨论!






 

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