技术分享丨如何得到高精度压缩测试结果

此案例中的测试试样为某种密封件，实际使用时密封件会被压缩到固定间距 1.217mm，因此用户需要知道安装过程中的压力变化来调整安装工艺。

基于此实际需求，测试要求为：以 0.5mm/min 的速度把试样厚度压缩到 1.217mm，维持此厚度 10min，记录测试过程的力值。

用户也正是按照这个要求，将初始压盘间距设置为 2.5mm，在位移 1.283mm 也就是剩余 1.217mm 时开始保持横梁不动，直到 10min，如下图所示：

然而，按照此要求实施后用户却发现测试结束后的压盘间距总是大于 1.217mm，因此测试数据准确性存疑。

表面看用户的测试参数设置没有问题，但实际上并没有真正地做到控制试样剩余厚度达到并保持 1.217mm。

任何力学测试系统都不是绝对刚性的，测试过程中载荷链会产生变形，因此试样的变形和横梁位移之间还是存在差异，并且力值越大，此差异越大，对于 1.217mm 这个厚度来说有不小的影响。

此外，密封件产品在压缩后会有比较明显的应力松弛，当压力下降时，载荷链会有微小的弹性反弹，导致试样厚度变化。因此，此次测试的难点有以下两点：

选用承载高达 100kN 的压盘，安装压盘并仔细地检查和微调，确保压盘安装牢固并平行。尽管试验设备拥有绝对位移编码器，在设备中输入压盘信息即可直接识别压盘间距，但锁紧压盘时用力的大小对夹具间距的影响无法计算。

考虑到测试的精度要求，此影响无法忽略，因此我们还是选择将压盘施加 5N 的力值对压以确定位移零点。随后调整初始夹具间距到 2.5mm，安装挠度计并将位移归零。

试样已做模糊处理

设置挠度计变形量为压缩位移，并将压缩终点和保载控制变量均设为压缩位移，也就是用挠度计控制变形量。

在挠度计的传感器设置里将增益的控制方式设置为自动回路控制，此时设备会根据试样刚度的变化自动调整横梁位移和挠度计位移的比率，从而精确控制保载阶段的试样厚度。随后放置试样并执行测试。

为了更好地分析结果，需要采用双 Y 轴显示曲线，把力-时间曲线和压缩位移-时间曲线放在同一张图上，可以看到峰值力和峰值压缩位移出现的时间几乎重合。

进一步放大曲线发现两个点还是存在约 0.5s 的时间差，并且最大压缩位移相比设定值存在约 1.3μm 的过冲，这是因为试样的应力松弛引发加载链反弹变形导致的。

压缩位移在经历短暂的过冲达到峰值。大约 1s 后，压缩位移达到设定值 1.283mm 并再无过冲，随后稳定在 1.2823mm~1.2824mm 之间，和设定值的误差不到 1μm。

将坐标轴横坐标调整为横梁位移，纵坐标调整为压力，可以发现横梁位移 1.283mm 对应的测试力值为 4.784kN。 本次测试峰值力为 9.680kN，相比 4.784kN 增加了 102%。

精密试样的高精度实验需要准确识别可能的误差来源，巧妙地设计实验减少误差，从而获得更可靠的测试结果。

本次实验我们采用了合适的测试附件，优化了夹具安装等操作手法，结合设备能力得到了较为满意的测试过程控制。经分析，测试结果比较可靠，符合理论和实际情况。