試驗機恒應(yīng)變速率控制的探討

一、前言

測試材料力學(xué)性能常用的方式是拉伸、壓縮、彎曲等，而拉伸試驗速度直接影響到材料試驗的結(jié)果。因為軸向拉伸試驗時，試樣上承受的負荷等于機架、測力系統(tǒng)、夾具和聯(lián)接件彈性變形所產(chǎn)生的廈作用力，這個力必然要使這些部件產(chǎn)生變形。實驗表明，高剛度試驗機測定的數(shù)據(jù)要比低剛度試驗機測定的效據(jù)精度高，這是由于樣品材料對應(yīng)變速度是敏感的，特別是延伸率大的材料尤其明顯。所以，我國國家標準GB228—87《金屬拉伸試驗方法）中對拉伸速度作了明確的規(guī)定。到目前為止，我國各廠家生產(chǎn)的液壓試驗機有兩萬多臺，液壓式壓力機有五千多臺。其中僅有1/10具備用以間接監(jiān)控應(yīng)變速率的加荷速率指示裝置。除了一部分電子試驗機和電子拉力試驗機及少量電液伺服試驗機外，還設(shè)有一臺液壓試驗機配有應(yīng)變速率直接監(jiān)控裝置。所以作為材料力學(xué)性能試驗技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展急需解決的問題之一，就是如何實現(xiàn)直變速率控制，并在實際中應(yīng)用這一技術(shù)。本文將對試驗機恒應(yīng)變速率進行探討，并重點介紹在電液式試驗機上采用加荷速率進行間接控制的方法。

二、應(yīng)變速率控制的必要性

材料試驗中，應(yīng)變速率對所有材料的力學(xué)性能都會產(chǎn)生影響，特別對高彈模材料應(yīng)力—— 應(yīng)變后區(qū)（如金屬材料比例極限后區(qū)，巖石與混凝土材料峰值強度后區(qū)）的力學(xué)性能的影響更為顯著。即使是對應(yīng)變速率不太敏感的材料．如45 鋼，當應(yīng)變速率變化1O％，其下屈服點的差別要超過l0％，然而恰倍這一性能參數(shù)是鋼材應(yīng)變形成時極為重要的參散。對于鋼材料，應(yīng)變速率主要影響屈服應(yīng)力，規(guī)定屈服應(yīng)力和*變形力，為此標準化組織把應(yīng)變作為測定鋼材這些參效的必要條件。有人對象巖石這樣的脆性材料進行試驗，其拉壓強度隨著應(yīng)變速率增加而明顯增大。在很高應(yīng)變速率下，如沖擊試驗，其抗壓強度數(shù)倍于緩慢加荷的抗壓強度。

在試驗機上作軸向拉伸壓縮時，試樣受力等于機架，測力系統(tǒng)．夾頭和聯(lián)接部件彈性變形所產(chǎn)生的反作用力．這個力必然要使這些部件產(chǎn)生變形。如果兩個相同試樣，以同樣速度在剛度不同的試驗機上進行試驗，則兩個樣品的伸長率效值是不相同的。尤其對應(yīng)變速率敏感的材料，其應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系就會出現(xiàn)較大差別。理想的試驗機應(yīng)具有無限的剛度，實際上這是不可能的。即使把機架做得極其剛硬．而為了測定施于試樣的力的測量系統(tǒng)（如彈性體測力傳感器）仍必須有一些變形，由于試驗機剛度不可能無限大 在加荷過程中，系統(tǒng)儲存彈性變形能，當試樣進入峰值強度后區(qū)，其承載能力下降，剛度減少儲存彈性變形能向試樣釋放，結(jié)果引起試樣應(yīng)變速率增加。并且直接影響受試材料的斷裂數(shù)據(jù)。所以若對試驗機加載系統(tǒng)引入負荷，變形量的控制，那么對試樣來說則是一個剛度無限大的試驗機。我公司1993年引進蔣國技術(shù)制造的RSA系列電子式試驗機，其技術(shù)規(guī)格中就明確表明機器的整機剛度。

對于目前國內(nèi)大多數(shù)材料試驗機而言，拉伸試樣時，在試樣彈形變形階段，主要有以
下幾方面的變形。
1．試樣彈形變形
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