在機械制造、產(chǎn)品設(shè)計或工程規(guī)劃時，必須優(yōu)先考慮所用材料的力學(xué)性能。能夠準(zhǔn)確測定材料力學(xué)性能的材料試驗機是確保各種建筑、設(shè)備、機器、車船、橋梁和結(jié)構(gòu)物合理設(shè)計與安全運行的重要測試設(shè)備。
我們從以下兩個方面分別闡述材料的力學(xué)性能定義及相關(guān)材料試驗機(以下簡稱“拉力試驗機”)的正確挑選方法。
一、材料的力學(xué)性能
1.材料的力學(xué)性能又稱材料的機械性能，是指材料在各種不同工作情況(負荷、扭矩、速度、溫度等)下，從開始受力(靜力或動力)至破壞的全部過程中所呈現(xiàn)的力學(xué)特征，如彈性、塑性、強度、剛度、硬度、沖擊韌性、延伸性、持久極限和蠕變等。
2.在GB/T7406.1-1994《試驗機術(shù)語材料試驗機》中，這些不同力學(xué)特性都有確切的名詞與定義，其中主要名詞有:
(1)彈性—材料恢復(fù)變形的能力。
(2)塑性—材料保留變形的能力。
(3)強度—在外力作用下，材料抵抗各種變形和破壞的能力。
強度是力學(xué)性能中主要的性能。根據(jù)不同的試驗方法可以得出不同的強度值。常見的有抗拉強度、抗壓強度、抗扭強度、剪切強度、彎曲強度、疲勞極限、蠕變極限、持久極限等。
(4)彈性模量—在靜態(tài)力作用下，試樣的應(yīng)力與應(yīng)變成比例關(guān)系(符合虎克定律)的比值。承受拉力或壓力時試樣的彈性模量稱為“楊氏模量”，承受剪力或扭力時試樣的彈性模量稱為“剪切彈性模量”。
彈性模量是材料抵抗彈性變形的性能指標(biāo)，在工程技術(shù)上常稱為“材料的剛度”。剛度的倒數(shù)通常稱為“柔度”。
(5)硬度—材料在不大的體積內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形、劃痕或破裂等一種或多種作用同時發(fā)生的能力。根據(jù)不同的試驗方法可以得出不同的硬度值。
(6)沖擊韌性—在沖擊力作用下，試樣一次沖斷時單位橫截面上所消耗的沖擊功。
(7)疲勞極限—材料承受無限多次循環(huán)應(yīng)力作用，而不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力。
(8)持久極限—又稱蠕變斷裂強度。在規(guī)定溫度下，試樣按規(guī)定時間破壞的應(yīng)力。
(9)蠕變—材料在規(guī)定溫度下承受恒定力的作用，其塑性變形隨時間增加的現(xiàn)象。
(10)塑性變形—承受力的材料卸除力后的殘余變形。
(11)應(yīng)力松弛—在給定的恒定總應(yīng)變條件下，試樣所受應(yīng)力隨時間減小的現(xiàn)象。
二、拉力試驗機的選擇
1.正確選擇拉力試驗機的類型
(1)上述材料的各項性能指標(biāo)，均通過相關(guān)的拉力試驗機檢測得到。
因此，首先需要根據(jù)材料檢測的項目內(nèi)容選擇合適的拉力試驗機類型。如果檢測的產(chǎn)品指標(biāo)單一，應(yīng)該選擇功能單一的拉力試驗機，如檢測橡膠的抗拉強度可以選擇橡膠拉力試驗機(或電子式拉力試驗機或機械式拉力試驗機);檢測水泥抗壓強度可以選擇水泥壓力試驗機。
同樣，如果是檢測材料的“抗扭強度”或“剪切彈性模量”，可以選擇扭轉(zhuǎn)試驗機;檢測材料的“沖擊韌性”，就應(yīng)該選擇擺錘式?jīng)_擊試驗機;檢測材料在高溫條件下的蠕變特性就選擇高溫蠕變材料試驗機;而檢測材料的持久強度極限則需要選擇使用持久強度試驗機。
選擇單一功能試驗機的優(yōu)點是操作方便、維護簡單、費用經(jīng)濟。當(dāng)僅限于檢測材料單一力學(xué)性能時，單功能試驗機是首選。
(2)并不是材料的所有單項“力學(xué)性能”都有對應(yīng)功能的單功能試驗機可供選擇。如材料的“彈性”、“塑性”可以通過正確的試驗方法(如分析試驗曲線)來解決。
材料的“剪切強度”及“彎曲強度”等性能的檢測，則需要通過配置附件來增加試驗機的檢測功能。顯然，通過配置附件增加試驗機的檢測功能肯定比定制一臺專用設(shè)備劃算得多。
一般萬能材料試驗機及配套附件可以用于進行剪切試驗;壓力試驗機及配套附件可以用于進行彎曲試驗;拉力試驗機及配套附件可以用于進行剝離試驗。
(3)當(dāng)試驗項目較多時，選擇多功能(或多用途)試驗機就比較合適，如某建筑工程實驗室既需要進行鋼筋的拉伸試驗又需要進行混凝土試樣的抗壓試驗，可以選擇萬能材料試驗機。
(4)當(dāng)試驗項目較多且同時試驗的項目不止1個時，應(yīng)該選擇復(fù)合試驗機，如對橡膠支座進行壓剪性能檢測的橡膠支座壓剪試驗機。其他復(fù)合試驗機依試驗項目不同分別有沖扭試驗機、沖拉試驗機和三軸圍壓試驗機等。需要注意復(fù)合試驗機各檢測項目之間是受技術(shù)規(guī)范要求制約的，不是將不同功能的裝置組裝在一起就行。
2.試驗機技術(shù)指標(biāo)的確定
不同類型或性能的材料應(yīng)遵循相關(guān)的國家或行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制造和檢驗，問題是相同的材料機械性能，其指標(biāo)參數(shù)也存在巨大差異。以抗拉強度為例，一根紗線的抗拉力僅僅只有兒牛頓，一塊厚鋼板的抗拉力遠遠超過幾兆牛，比例高達十萬倍以上。正確選擇拉力機類型后，第二步需要根據(jù)材料的指標(biāo)范圍和技術(shù)要求來確定試驗機的規(guī)格、量程和準(zhǔn)確度等級或技術(shù)指標(biāo)。
(1)選擇合適的試驗機規(guī)格
檢測單一的材料產(chǎn)品，可以根據(jù)該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或該產(chǎn)品試驗方法標(biāo)準(zhǔn)確定試驗機規(guī)格和測量范圍。
以混凝土材料為例：
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》規(guī)定的圓柱體和立方體試件按抗壓強度劃分的抗壓強度等級及試驗力對照表如表1所示。
(2)目前，國家僅將部分試驗機列入了依法管理的計量器具目錄，許多專用試驗機和試驗檢測設(shè)備不受國家計量行政主管部門監(jiān)管。這部分拉力試驗機除了選型和確定技術(shù)指標(biāo)外，千萬不能忽略拉力試驗機的量值溯源問題。因為拉力試驗機屬于計量器具，使用拉力試驗機就必須進行檢定或者校準(zhǔn)。但下列問題還是常見的：
①由于拉力試驗機制造商不專業(yè)，常見的一個情況是將工作測力儀標(biāo)定后安裝在設(shè)備上就作為專用拉力試驗機出售了，這種拉力試驗機雖然可以用于材料檢測，卻無法對其進行計量校準(zhǔn)，這種拉力試驗機沒有預(yù)留安放檢定或校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器的空間，往往也不具備逐漸施加試驗力的功能。
②在市場經(jīng)濟中，客戶有需求，拉力試驗機制造商肯定有響應(yīng)，當(dāng)所選拉力試驗機的準(zhǔn)確度級別優(yōu)于國家計量技術(shù)法規(guī)規(guī)定的最高級別時，客戶其實是沒有辦法對產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)進行驗收的。除了科研項目的需要，一般不建議購買這樣的非標(biāo)設(shè)備。
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2018-06-21 瀏覽：
