Page 29 - 理化检验-物理分册2021年第四期
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王 斌, 等: 试验机同轴度对金属材料弹性模量测量的影响


            1.3.1  变形测量装置的分辨率                                  度的测量采用 LAT 型同轴度校准系统, 该系统的
                 变形测量装置的选用会对弹性模量产生巨大的                          原理如下: 通过检测贴附于安装在待校准同轴度的
            影响, 现阶段而言, 位移测量计、 拉线编码器、 引伸计                       试验机设备上的试样四周应变片的应变, 计算试样
            都是试验机上可能选用的变形测量装置, 但引伸计                            在上、 中、 下各处的弯曲信息, 进而推导出同轴度在
            的分 辨 率 会 更 高, 一 般 可 以 达 到 最 大 变 形 量 的              横纵方向上的角度偏差和中心位置偏差, 并给出操

            1 / 5000000 , 可以测出微小的变形。引伸计的主要                     作者量化的校准建议, 最终使得同轴度满足相关要
            用途就是用来求取弹性模量及非比例应力, 一般的                            求。 LAT 型同轴度校准系统校准和调整试验机同

            材料在弹性段变形量都不会很大, 但如果选择变形                            轴度的最小能力为 ASTM1012Class5 。
            量程较大的引伸计会导致小信号的测量精度降低,                            1.4  试验设备的选用及变形测量装置介绍
            这就人为地增大了应变的测量误差, 会影响弹性模                           1.4.1  试验设备
            量的求取精度。                                                选取力试公司的 LD24.104 型和 LE5105 型拉
            1.3.2  系统的采样频率                                     伸试验机进行拉伸试验。 LE 系列相对于 LD 系列
                 采样频率, 定义了每秒从连续信号中提取并组                         来说, LE 系列设备增加了对中环, 可以对设备的同
            成离散信号的采样个数, 采样频率对弹性模量的影                            轴度进行更高精度的调节。
            响主要在于弹性段起点和终点的选取。如果采样频                            1.4.2  变形测量装置
            率太低, 则试验完成以后的原始数据会偏少, 弹性段                              采用 Y100 / 2 型 双 边 引 伸 计 作 为 变 形 测 量 装


            起点终点的选择会没那么精准( 会在设定区间的附                            置, 其标距为 100mm , 行程为 2mm 。该型引伸计
            近选择特征点), 这样就会产生误差。因此, 采样频                          变形量较 小, 小 变 形 的 精 度 高。 同 时 采 用 两 侧 引
            率越高, 弹性模量越接近理论值。该次试验采用了                            伸计单边的数据和两侧的平均数据计算试样加载
                                                               时的弯曲 率, 来 对 比 不 同 型 号 拉 伸 试 验 机 的 同 轴
            LE 系列和 LD 系列两种型号拉伸试验机, 其中 LE
            系列设备的采样频率可以到 2500 Hz , 该次试验采                       度水平。


            用 100 Hz , 而 LD 系 列 设 备 采 样 频 率 最 高 为

                                                              2  试验结果与分析

            120Hz , 该次试验采用 30Hz 。
            1.3.3  系统的同轴度                                     2.1  试验设备的同轴度对比

                ISO6892.1 : 2019 《 Metallic Materials-Tensile      弯曲率e 的计算式如下:

            Testin g -Part 1 : Method o f Test at Room                        ΔL max - ΔL
                                                                          e=             ×100%            ( 1 )
            Tem p erature 》 增加了单轴拉伸试验测量金 属弹性                                      ΔL
                                                               式中: e 为上下夹头的中心线与试验机加力轴线的
            模量部分的 内 容, 正 在 修 订 的 GB / T228.1-2010


            《 金属材料 拉伸试验 第 1 部分: 室温试验方法》 也                      弯曲率; Δ L max  为在同一测力点, 同一次测量中, 检
            将增加规范性目录 G 通过单轴拉伸试验测定金属                            测试样变形量较大一侧的变形量; ΔL 为同一测力
            材料弹性模量的内容。由于拉伸试验机的同轴度会                             点, 同一 次 测 量 中, 检 测 试 样 两 侧 变 形 的 算 术 平

            对弹性模量的结果产生显著影响, 因此ISO6892.1 :                      均值。
            2019 对拉伸试验机的同轴度要求较高。                                   LD24.104 型及 LE5105 型拉伸试验机的弯曲
                 测量金属材料的弹性模量, 如果采用单侧夹持                         率结果见表 1 。通过试样在不同的试验力作用下,
            变形测量装置, 这时候如果设备同轴度不好的话就                            两侧引伸计在左右、 前后、 偏左 45° 、 偏右 45° 的方向
            会导致试样装上以后会有倾斜, 与试验的加载力方                            分别进行 3 次数据统计, 以平均值依据式( 1 ) 计算出
            向也会不在一条轴线上, 会对应力与应变测量的准                            两种 型 号 拉 伸 试 验 机 的 弯 曲 率。 由 表 1 可 知,
            确性产生较大影响。前述的规范性目录 G ( 通过单                         LE5105 型拉伸试验机的同轴度明显好很多, 这是
            轴拉伸试验测量金属材料弹性模量) 并没有对设备                            因为该 型 拉 伸 试 验 机 增 加 了 对 中 环 调 节 系 统 的
            的同轴度进行严格的规定, 可能是考虑目前大量使                            缘故。
            用的拉伸试验机不能满足上述要求。                                  2.2  弹性模量
                 使用试样两侧测量应变的引伸计可以在很大程                              为了避免钳口的不同而影响试样的受力, 减少
            度上降低同轴度对弹性模量测量的影响。系统同轴                             不必要的人为因素或者硬件因素对试验数据的影
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