試驗機與變形測量

對于靜態試驗機，從其產生到今天始終在解決兩個問題：試驗力的準確測量；試樣變形的準確測量。相對于金屬試驗，試驗力的測量現在基本解決。然而變形的測量仍然受制于很多環節。

國內早期的度盤式試驗機（無論是機械式還是液壓式）對試驗力的測量雖然存在著分辯力差、精度不高、量程窄，但是基本上還是滿足部分金屬材料的抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率的測量。但是機械傳動繪制曲線的方式對于金屬材料彈性段的記錄是不可能準確的，所以對于楊氏模量、規定非比例延伸強度、最大力伸長率、殘余延伸率、屈服點延伸率等系列的值求取是不準確或不可能的。

那么，變形的準確測量究竟有何重要意義？影響變形的測量有哪些主要因素呢？檢驗、試驗的工作是為生產需要服務的，當我們在了解實際生產需要后，就會對GB/T 228－2002中定義的一些參數有著深刻的理解，而恰恰這些參數基本上都對試樣變形的測量有著明確的要求。汽車車身的成型需要多次的沖壓，那么如何確定汽車薄鋼板經過多次沖壓后仍能具備相應的強度？如何確定沖壓過程中平面和弧面部位不開裂、而且強度符合要求呢？標準中規定的n值、r值試驗方法明確地給予了回答。而n、r值的準確求取依賴于試樣的軸向變形和徑向變形的準確測量。在工程上諸如鋼結構橋梁、高層建筑對安全有非常嚴格的要求，因此涉及到鋼材、巖石地基材料等對承載下的材料和結構變形有著明確的規定。具體到萬能試驗機試驗領域，對鋼材強度、規定非比例延伸強度、規定總延伸強度；對巖石的抗壓強度、抗壓彈性模量都是必須定量測試的參數，而這些參數的求取對試樣變形的測量都有著特定的要求。
       

思考上述應用的實例我們可以分析到：對于很多領域使用的金屬、非金屬材料，由于安全使用或運行的需求，考察這些材料性能主要集中在微變形階段，也就是我們所說的彈性階段內的一系列參數求取。而這些材料的考察變形通常都在0.01mm以內，甚至更小。于是就回到我們說的第二個問題：影響變形測量有那些因素？或者說如何能保證微變形測量的可靠和準確呢？

毫無疑問：試驗機移動橫梁的結構間隙、試樣的夾持受力變形相對需要測量的變形值而言簡直百倍千倍的會系統誤差，電子引伸計、應變片的使用排除試驗機結構間隙和夾持變形的干擾，直接測試試樣的局部變形，極大提高了測量的真實有效性。但是相應的測量控制技術同樣很大程度影響變形的測量。負荷加載的均勻性、加載的時間控制、測控系統的分辯力水平、采樣頻率的高低都與變形的準確材料密不可分。這里始終要注意的是：材料這段性能的分析需要試驗力加載控制、變形測量（或控制）所一一對應的相關數據，并不是有非常合適的變形測量裝置或儀器就會測得精準的結果。


變形測量的準確性還與相關環境互為制約。比如：測量碳纖維變形、測量玻纖絲的變形等因試樣的特點不得不選用高分辨率的非接觸式引伸計；高溫試樣環境下的拉伸、壓縮變形測量需要專門的裝置。實際應用中涉及變形測量的環節很多，有很多微觀的，也有部分宏觀大變形的。在這里只是拋磚引玉地發表一點自己的體會，希望能引來大家對材料變形測試的共同探討。