【干货】材料拉伸测试中(zhōng)的常见错误，你了解多(duō)少？

更新(xīn)时间：2024-02-27

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作(zuò)為(wèi)材料力學(xué)性能(néng)测试的重要环节，拉伸测试在工(gōng)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(chǎn)生巨大影响，这些细节你都注意到了吗？

力传感器与测试要求不匹配

力传感器是拉伸测试中(zhōng)的关键组成部分(fēn)，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(yòng)不适当量程的力传感器、力传感器老化导致失效等。

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(xiǎo)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(yòu)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(jīng)度及精(jīng)度范围

力传感器的精(jīng)度等级常见的有(yǒu) 0.5 级和 1 级。以 0.5 级為(wèi)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%，區(qū)分(fēn)这一点很(hěn)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(yǒu)了精(jīng)度，并不代表整个量程全都是一个精(jīng)度，一定是有(yǒu)下限的，这时候就要看精(jīng)度范围。

以不同的 Instron 试验系统為(wèi)例，6800 系列的力传感器可(kě)以从满量程到满量程的 1/1000 满足 0.5 级精(jīng)度。

力传感器系统精(jīng)度范围

夹具(jù)不适用(yòng)或操作(zuò)错误

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

打滑

试样打滑的显著表现是试样从夹具(jù)中(zhōng)脱出或曲線(xiàn)异常的力值波动。另外也可(kě)以通过测试前在接近夹持位置划線(xiàn)标记，看标记線(xiàn)是否有(yǒu)遠(yuǎn)离夹面，或试样夹持位置齿痕是否出现拖痕来判断。

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(jù)是否拧紧，气动夹具(jù)气压是否足够大，试样夹持長(cháng)度是否足够。

在操作(zuò)没有(yǒu)问题的情况下，考虑夹具(jù)或夹面选择是否合适。例如金属板材应采用(yòng)锯齿夹面而不是光滑的夹面测试，具(jù)有(yǒu)大变形量的橡胶采用(yòng)自锁紧或气动夹具(jù)而不是手动平推夹具(jù)。

断钳口

解决方案

试样断钳口，顾名(míng)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(jù)或夹面选择是否合适等。

例如，进行绳線(xiàn)拉伸测试时，气压过大会导致断在钳口处，导致强度和伸長(cháng)率偏低；薄膜测试，应当使用(yòng)橡胶涂层夹面或線(xiàn)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。

载荷链对中(zhōng)度差

载荷链的对中(zhōng)度可(kě)以简单理(lǐ)解為(wèi)力传感器、夹具(jù)、转接头和试样的中(zhōng)心線(xiàn)是否在一条直線(xiàn)上。在拉伸测试中(zhōng)，如果载荷链的对中(zhōng)度性不好，会导致测试样品在加载过程中(zhōng)受到额外的偏斜力，受力不均匀，影响测试结果的真实性。

载荷链对中(zhōng)状态（左一：良好的对中(zhōng)度；右二：载荷链不在一个轴線(xiàn)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(zhōng)性。之后每次夹持试样时，注意试样几何中(zhōng)心与载荷链的加载轴線(xiàn)的一致性。可(kě)选择与试样夹持宽度接近的夹面宽度，或安(ān)装(zhuāng)试样对中(zhōng)装(zhuāng)置，以便定位与提高夹持重复性。

试样夹持状态

（左：试样夹偏；右：试样几何中(zhōng)心与载荷链的加载轴線(xiàn)的一致性）

试样宽度与夹面宽度接近的夹持状态

采用(yòng)试样对中(zhōng)装(zhuāng)置进行试样定位夹持

应变源的错误选择和操作(zuò)

材料在拉伸测试过程中(zhōng)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(ān)装(zhuāng)不当、校准不准确等。

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(yòng)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。

对于長(cháng)条形箔材、绳線(xiàn)等试样，则可(kě)采用(yòng)横梁位移测量其伸長(cháng)率。不论是采用(yòng)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(ān)装(zhuāng)。不宜太松，导致测试过程中(zhōng)引伸计打滑，或太紧，导致试样断在引伸计刀(dāo)口处。

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(kě)能(néng)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。一般规则為(wèi)采用(yòng) 50Hz 采样频率。但对于快速变化的值，应采用(yòng)更高的采样频率记录数据。

不同采样频率的测试曲線(xiàn)

（左：低采样频率；右：高采样频率）

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(gōng)具(jù)错误和尺寸输入错误等。

解决方案

做测试时，不应直接采用(yòng)标准试样尺寸，而是实际测量，否则可(kě)能(néng)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(zhuāng)置的试验接触压力和精(jīng)度要求不同。
一个试样往往要测量多(duō)个位置的尺寸进行平均或取最小(xiǎo)值，在记录、计算和输入过程需多(duō)加注意，避免出错。建议采用(yòng)自动尺寸测量装(zhuāng)置，测量的尺寸自动输入软件并进行统计计算，避免操作(zuò)错误的同时，提高测试效率。

自动尺寸测量装(zhuāng)置

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(yǒu)具(jù)體(tǐ)的定义和试验说明。

软件中(zhōng)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(jù)體(tǐ)参数设定等。

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(yǒu)重要影响，需予以重视。

关注细节，才能(néng)更准确地获取材料的力學(xué)性能(néng)数据，為(wèi)工(gōng)业制造和科(kē)研提供可(kě)靠的支持。您还有(yǒu)哪些关于拉伸测试的问题或经验分(fēn)享，欢迎在文(wén)末留言。