試驗(yàn)機(jī)恒應(yīng)變速率控制的探討

一、前言

測(cè)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(yàn)速度直接影響到材料試驗(yàn)的結(jié)果。因?yàn)檩S向拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣上承受的負(fù)荷等于機(jī)架、測(cè)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(gè)力必然要使這些部件產(chǎn)生變形。實(shí)驗(yàn)表明，高剛度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定的數(shù)據(jù)要比低剛度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定的效據(jù)精度高，這是由于樣品材料對(duì)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB228—87《金屬拉伸試驗(yàn)方法）中對(duì)拉伸速度作了明確的規(guī)定。到目前為止，我國(guó)各廠家生產(chǎn)的液壓試驗(yàn)機(jī)有兩萬(wàn)多臺(tái)，液壓式壓力機(jī)有五千多臺(tái)。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(yàn)機(jī)和電子拉力試驗(yàn)機(jī)及少量電液伺服試驗(yàn)機(jī)外，還設(shè)有一臺(tái)液壓試驗(yàn)機(jī)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(yàn)技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展急需解決的問(wèn)題之一，就是如何實(shí)現(xiàn)直變速率控制，并在實(shí)際中應(yīng)用這一技術(shù)。本文將對(duì)試驗(yàn)機(jī)恒應(yīng)變速率進(jìn)行探討，并重點(diǎn)介紹在電液式試驗(yàn)機(jī)上采用加荷速率進(jìn)行間接控制的方法。

二、應(yīng)變速率控制的必要性

材料試驗(yàn)中，應(yīng)變速率對(duì)所有材料的力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生影響，特別對(duì)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(qiáng)度后區(qū)）的力學(xué)性能的影響更為顯著。即使是對(duì)應(yīng)變速率不太敏感的材料．如45 鋼，當(dāng)應(yīng)變速率變化1O％，其下屈服點(diǎn)的差別要超過(guò)l0％，然而恰倍這一性能參數(shù)是鋼材應(yīng)變形成時(shí)極為重要的參散。對(duì)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(biāo)準(zhǔn)化組織把應(yīng)變作為測(cè)定鋼材這些參效的必要條件。有人對(duì)象巖石這樣的脆性材料進(jìn)行試驗(yàn)，其拉壓強(qiáng)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(yàn)，其抗壓強(qiáng)度數(shù)倍于緩慢加荷的抗壓強(qiáng)度。

在試驗(yàn)機(jī)上作軸向拉伸壓縮時(shí)，試樣受力等于機(jī)架，測(cè)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(gè)力必然要使這些部件產(chǎn)生變形。如果兩個(gè)相同試樣，以同樣速度在剛度不同的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，則兩個(gè)樣品的伸長(zhǎng)率效值是不相同的。尤其對(duì)應(yīng)變速率敏感的材料，其應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系就會(huì)出現(xiàn)較大差別。理想的試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有無(wú)限的剛度，實(shí)際上這是不可能的。即使把機(jī)架做得極其剛硬．而為了測(cè)定施于試樣的力的測(cè)量系統(tǒng)（如彈性體測(cè)力傳感器）仍必須有一些變形，由于試驗(yàn)機(jī)剛度不可能無(wú)限大 在加荷過(guò)程中，系統(tǒng)儲(chǔ)存彈性變形能，當(dāng)試樣進(jìn)入峰值強(qiáng)度后區(qū)，其承載能力下降，剛度減少儲(chǔ)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(duì)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)引入負(fù)荷，變形量的控制，那么對(duì)試樣來(lái)說(shuō)則是一個(gè)剛度無(wú)限大的試驗(yàn)機(jī)。我公司1993年引進(jìn)蔣國(guó)技術(shù)制造的RSA系列電子式試驗(yàn)機(jī)，其技術(shù)規(guī)格中就明確表明機(jī)器的整機(jī)剛度。

對(duì)于目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)材料試驗(yàn)機(jī)而言，拉伸試樣時(shí)，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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