與所有測(cè)試一樣，只有盡可能多的注意到拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試時(shí)一些重要的細(xì)節(jié)部分，zui終得出的測(cè)試數(shù)據(jù)才會(huì)更好。
不斷發(fā)展的材料及其制造方法
如果跟現(xiàn)在的年輕學(xué)者們說(shuō)“塑料”一詞曾經(jīng)是“廉價(jià)”的代名詞時(shí)，他們肯定會(huì)很驚訝。也許這也是為什么Dustin Hoffman在電影《The Graduate》（畢業(yè)生）中扮演的角色如此出名，因?yàn)樵谶@部電影中Dustin Hoffman接受到的一條職業(yè)發(fā)展建議就是進(jìn)入塑料行業(yè)。
但是今天，塑料產(chǎn)品以及一些其他材料正在不斷的發(fā)展。這些材料的強(qiáng)度變得越來(lái)越大，硬度越來(lái)越高，質(zhì)量卻越來(lái)越輕，在大多數(shù)情況下，成本甚至變得越來(lái)越便宜。而且，材料制造、加工的方法也在迅速改變。
在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為了一種常見(jiàn)的加工、制造技術(shù)，根據(jù)原理的不同，3D打印技術(shù)又細(xì)分為多種不同的技術(shù)，包括熔融沉積成型，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，立體光固化技術(shù)等。并且其所用的材料并不僅于塑料材料，還包括陶瓷材料和金屬材料等。
雖然3D打印技術(shù)所用的金屬材料成本較為高昂，在許多方面的應(yīng)用還并不廣泛，但其價(jià)格整體上一直呈現(xiàn)出穩(wěn)步下降的趨勢(shì)。隨著材料和制造方法的進(jìn)步，測(cè)試表征技術(shù)與質(zhì)量控制同樣變得比以前更加重要了。因?yàn)橹圃焐虃冇泻芏嗬碛扇プ非蟾 ⒏p、更便宜、更環(huán)保的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，客戶對(duì)于產(chǎn)品的期望也在不斷提高。
質(zhì)量控制方法中的主要技術(shù)之一就是拉伸測(cè)試。拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試中，樣品會(huì)受到外界對(duì)于樣品施加的拉力。測(cè)試目標(biāo)因應(yīng)用的不同而有所不同，包括測(cè)量拉伸強(qiáng)度，預(yù)定伸長(zhǎng)率下的拉伸應(yīng)力，斷裂伸長(zhǎng)率，以及一些其他的科學(xué)計(jì)算（如楊氏模量等）。
設(shè)計(jì)師或質(zhì)量控制工程師可以根據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷材料和樣品是否設(shè)計(jì)或者制造合理。但是，與所有的測(cè)試一樣，只有盡可能多的注意到拉伸測(cè)試方法中一些重要的細(xì)節(jié)部分，zui終得出的測(cè)試數(shù)據(jù)才會(huì)更好。
錯(cuò)誤或者不合理的測(cè)試對(duì)質(zhì)量控制是不利的。以下是拉伸測(cè)試中五個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤，以及糾正這些錯(cuò)誤常用的方法。
1、測(cè)力傳感器能力錯(cuò)誤
拉伸測(cè)試設(shè)備上所使用的測(cè)力傳感器的精度一般可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行表示：
1、滿量程的百分比
2、讀數(shù)百分比
在滿量程的百分比中，一個(gè)百分比相當(dāng)于一個(gè)固定的誤差，可能存在于從零載荷到全部載荷中的任何地方。在讀數(shù)百分比中，測(cè)量值通常需要乘以精度規(guī)格。有時(shí)在這個(gè)方法中還會(huì)一個(gè)讀數(shù)下限。例如，測(cè)力傳感器的額定讀數(shù)只能從范圍的10％到100％。
在這兩種方法中，如果使用能力較小的測(cè)力傳感器去測(cè)量較大的拉伸應(yīng)力時(shí)，則通常會(huì)帶來(lái)一個(gè)較大的誤差；同時(shí)，使用能力非常大的測(cè)力傳感器去測(cè)力較小的拉伸應(yīng)力時(shí)，測(cè)試結(jié)果往往并不可靠，因?yàn)樽x數(shù)的不確定性甚至可能會(huì)與讀數(shù)本身一樣高。
以能力大小為1000lbF（磅力）、精度為滿量程的±0.50％的測(cè)力傳感器為例，其測(cè)試誤差預(yù)期可以達(dá)到±5lbF。如果這個(gè)稱重傳感器僅用于測(cè)量5lbF的拉伸應(yīng)力，則誤差為100％，這顯然是不可接受的。
糾正方法：
制造商們總是希望從設(shè)備中獲取到zui大的經(jīng)濟(jì)效用，從而zui大限度地降低資本支出。但是，在嘗試使用測(cè)力傳感器之前，確定其公差規(guī)格并將其與預(yù)期的拉伸應(yīng)力進(jìn)行比較將是一個(gè)非常值得鼓勵(lì)的明智之舉。然后，根據(jù)比較結(jié)果確定一個(gè)可接受的公差范圍，并判斷是否可以在該測(cè)力傳感器的能力之內(nèi)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
2、使用錯(cuò)誤的夾具
在一般的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，抓地力是運(yùn)動(dòng)員和運(yùn)動(dòng)界面接觸的關(guān)鍵因素之一。許多高爾夫球手就是通過(guò)調(diào)整學(xué)生的抓球桿的方式來(lái)解決一些技術(shù)問(wèn)題。
同樣的，我們?cè)倩仡櫹?ldquo;放氣門”事件（指美國(guó)橄欖球比賽中的一樁丑聞；美國(guó)橄欖球運(yùn)動(dòng)聯(lián)盟（NFL）中愛(ài)國(guó)者隊(duì)被指控在2015年1月的美國(guó)橄欖球聯(lián)盟決賽上故意讓比賽用球里面所含的氣體含量少于NFL的標(biāo)準(zhǔn)），其目的是希望球隊(duì)隊(duì)員通過(guò)更好地掌握、抓住橄欖球來(lái)提升球隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)力。
拉伸測(cè)試也不例外，夾具是樣品和測(cè)試設(shè)備接觸的地方。選擇正確的夾具與選擇正確的拉伸測(cè)試儀器和測(cè)力傳感器一樣重要。
例如，在測(cè)量材料的斷裂伸長(zhǎng)率時(shí)，如果夾具不能正確的固定測(cè)試樣品，樣品則容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，這就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的高應(yīng)變測(cè)量。這種測(cè)量結(jié)果沒(méi)有任何參考價(jià)值，而且如果研發(fā)人員希望依賴于這些測(cè)試結(jié)果做出一些產(chǎn)品設(shè)計(jì)決策，那么毫無(wú)疑問(wèn)這種測(cè)試還將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
從另一個(gè)角度出發(fā)，我們還需要考慮到的一個(gè)問(wèn)題是：夾具是否可以被測(cè)試人員在測(cè)試前、測(cè)試過(guò)程中以及測(cè)試后對(duì)其進(jìn)行很好的視覺(jué)檢查，以判斷測(cè)試樣品是否被夾具固定良好。例如，如果樣品是不透明的，所使用的夾具又不能根據(jù)視覺(jué)進(jìn)行很好的檢查判斷，那么測(cè)試人員就難以確保該樣品是否被正確的固定在夾具上。
糾正方法：
對(duì)于一些比較常見(jiàn)的拉伸測(cè)試模式，現(xiàn)在已經(jīng)有很多標(biāo)準(zhǔn)夾具可供選擇。對(duì)于那些特殊的測(cè)試要求，可以與拉伸測(cè)試專家們一起研究、討論這些測(cè)試應(yīng)用，并提交樣品以供實(shí)驗(yàn)室或拉伸測(cè)試設(shè)備制造商先進(jìn)行測(cè)試，這有助于確定*的夾具類型。如果沒(méi)有找到標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，則可能需要根據(jù)具體需求定制一些特殊夾具。
3、測(cè)量較小應(yīng)力時(shí)忽略?shī)A具重量
在一些測(cè)量較大拉伸應(yīng)力的情況下，夾具的重量通常是無(wú)關(guān)緊要的，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)值只占測(cè)力傳感器讀數(shù)中的很小一部分。但是，如果測(cè)量的拉伸應(yīng)力較小，那么這就很可能會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題了。
例如，一個(gè)重量為1磅的楔形夾具將使量程為2磅力的測(cè)力傳感器的適用范圍減少一半。盡管大多數(shù)拉伸測(cè)試設(shè)備都允許操作人員對(duì)力的讀數(shù)進(jìn)行重置（歸零），但考慮到夾具的重量后，“0磅”的讀數(shù)事實(shí)上意味著的是“1磅力”。不了解這些將可能導(dǎo)致過(guò)載條件的出現(xiàn)，以及對(duì)測(cè)力傳感器帶來(lái)一些潛在的損害。
糾正方法：
為了減小夾具重量對(duì)拉伸應(yīng)力測(cè)量的累積影響，請(qǐng)把夾具重量的因素考慮到zui終的測(cè)試結(jié)果中去。如果夾具重量接近測(cè)力傳感器的zui大測(cè)量能力，則應(yīng)考慮使用更輕的夾具或者更換能力更大的測(cè)力傳感器。然而，在考慮更換更高能力的測(cè)力傳感器前，請(qǐng)權(quán)衡一下增加的測(cè)力能力和測(cè)量度之間的關(guān)系。
4、軸向偏差
一般情況下，單軸拉伸測(cè)試設(shè)備主要是用于沿著某一直軸方向?qū)悠愤M(jìn)行拉伸。如果夾具和樣品裝載正確、并嚴(yán)格固定好，保持其他條件不變的情況下，樣品會(huì)被軸向拉出，所得出的測(cè)試結(jié)果對(duì)于材料的性能研究以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)有很大的指導(dǎo)意義。
如果樣品裝載時(shí)候有所偏離，則這些力矩和偏移量都可能會(huì)影響到測(cè)試，例如使測(cè)試樣品變形，或者造成外界的拉伸應(yīng)力僅部分有效的施加在樣品上，并且如果力矩足夠大，甚至可能會(huì)損壞測(cè)試設(shè)備。
糾正方法：
根據(jù)測(cè)試具體需求，選擇合適的夾具。如果可能，盡量選擇寬度與樣品寬度相匹配的夾具，這有助于樣品放置及固定。拉伸測(cè)試設(shè)備通常都包含可以在x方向和y方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)的基板。如果沒(méi)有，采用x-y工作臺(tái)也可以幫助將下部夾具與上部夾具對(duì)齊。此外，旋轉(zhuǎn)接頭也可以幫助上部夾具在負(fù)載下與下部夾具自動(dòng)對(duì)齊。
5、無(wú)補(bǔ)償系統(tǒng)偏差
在應(yīng)力-應(yīng)變曲線、伸長(zhǎng)率和大多數(shù)其他拉伸測(cè)試中所需的測(cè)量應(yīng)變值由于系統(tǒng)偏差會(huì)受到誤差的影響。這些偏差可能來(lái)自測(cè)力傳感器和測(cè)試設(shè)備的整體框架等。
基于應(yīng)變計(jì)的測(cè)力傳感器，由于它們的性質(zhì)，在施加負(fù)載時(shí)會(huì)稍微發(fā)生偏轉(zhuǎn)。典型的范圍大約是0.010”（0.25毫米）左右。測(cè)試設(shè)備框架本身也將在負(fù)載下有所偏轉(zhuǎn)。根據(jù)測(cè)力傳感器的幾何形狀和測(cè)試框架，偏轉(zhuǎn)可能是也可能不是線性的。
從某種角度來(lái)看，如果一個(gè)樣本偏移了0.100”，并且存在一個(gè)未補(bǔ)償?shù)钠屏?.030”，那么所得到的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果將會(huì)有將近30％的誤差，對(duì)拉伸應(yīng)力結(jié)果的影響可能會(huì)更大。但是隨著更多的彈性材料不斷投入應(yīng)用，0.030”的偏差將不再和以前一樣備受關(guān)注。
糾正方法：
一些拉伸測(cè)試設(shè)備具有內(nèi)置補(bǔ)償程序，能夠自動(dòng)校正應(yīng)變測(cè)量。對(duì)于沒(méi)有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臏y(cè)試設(shè)備，操作人員應(yīng)該進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。
然而，沒(méi)有任何校正會(huì)是無(wú)瑕的，這意味著對(duì)于非常低應(yīng)變的材料，例如陶瓷材料，則需要尋找更好的解決方案。
現(xiàn)在，伸長(zhǎng)計(jì)有助于測(cè)量非常小的應(yīng)變量。此外，伸長(zhǎng)計(jì)還可以測(cè)量樣品本身的拉伸程度，并為用戶提供接觸和非接觸測(cè)量選項(xiàng)。由于它與框架和測(cè)力傳感器是隔開的，因此這些測(cè)量將不再受到系統(tǒng)偏差的影響。
結(jié)語(yǔ)：
拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)目的是能夠測(cè)試盡可能多的材料，包括各種形狀、尺寸以及應(yīng)用在不同領(lǐng)域的材料。雖然對(duì)設(shè)備的選擇和配置看起來(lái)令人頭疼，但是時(shí)刻在腦海中考慮本文提到的這些常見(jiàn)錯(cuò)誤和相應(yīng)的糾正操作，將有助于縮小可用的選擇范圍，準(zhǔn)確提出理想的解決方案，同時(shí)確保測(cè)試結(jié)果盡可能。
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