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1、材料试验机的基础知识材料万能试验机简介1 产品名称：材料万能实验机（俗称拉力机）, 它有以下几个特点：（1）有力的加载装置。（2）有夹持试样的夹具。（3）有力的显示和记录装置。有以下几种档次：（1）低档式：表盘机械式（5060年代），根据杠杆原理。（2）中档式：数显式（液晶电子拉力实验机EMT，7080年代），根据电测原理，由开关控制，没有数据处理能力。（3）高档式：电脑式（微机控制电子万能实验机CMT），也称电脑控制、电脑伺服、计算机控制，能自动测量并能打印报告。 所谓“万能”指试验机的负荷传感器能进行拉伸和压缩双向测量，而只能进行拉伸或压缩单向测量的试验机则称为拉力试验机。2 所属行业：

2、“计量行业”，用于检测。属于仪器仪表计量行业下的试验机行业。3用途：对材料进行物理性能测试，最重要的指标是材料的强度。试验分动态试验和静态试验两种，静态试验频率低于5HZ，公司目前的产品主要用于静态试验。动态试验频率在50-200HZ之间，由高频疲劳试验机来做。 材料强度主要的计量单位有：“N ”、“kgf”、“ lb”。 GB，ISO，ASTM，DIN用“N”表示。JIS用“kgf”表示。4适用的行业：航空航天、石油化工、纺织、车辆制造、机械制造、电线电缆、塑料橡胶、陶瓷、建材、家电等行业的分析及检验以及工矿企业、科研院所、大专院校、商检仲裁、技术监督等部门。5适用材料：（1）金属：有色金属

3、和黑色金属。 有色金属包括：金、银、铜、铝、钸、钛等；黑色金属包括：铁、钢等。（2）非金属：塑料、橡胶、纺织纤维（布、带、绳、线、丝）、纸、玻璃、水泥、陶瓷、粘胶等。（3）复合材料：如铝塑复合管等。复合材料指两种或两种以上不同材料通过物理方法复合而成的材料。6万能试验机的常规试验：（1）拉伸试验：主要测（棒材和板材）抗拉强度及延伸率。（2）弯曲试验：测抗弯强度（与材料的长和宽相关），有三点弯曲和四点弯曲两种。（3）压缩试验：主要测抗压强度（与材料的面积和高度相关），是一种破坏性试验。（4）剪切试验：测剪切强度（与材料的直径相关），有拉剪、压剪两种，主要用于粘剂试验。（5）剥离试验：对两种材料复

4、合在一起的材料进行分离，测剥离力和平均剥离强度（与材料的宽度相关）， 有两种剥离方法：180剥离，90剥离。（6）撕裂试验：对同种材料的撕开（与材料的厚度相关），求撕裂强度。7特殊试验：（7）顶破实验：土工布的试验，测量最大破坏力。（8）蠕变实验：在一定的温度下（一般是高温），对某种材料施加一定的力，试验一定的时间。实验机高温蠕变持久试验，作保载试验，公司试验机只能在短时间内实验。（9）循环往复试验：不回零点，拉完卸载，回零点需动态实验机，拉完后，既返车。（10）疲劳试验：低周疲劳静态实验机 高周疲劳需要动态试验机。公司目前不能实现这种试验。 电子万能试验机的简介一 电子万能试验机的简介电子万

5、能试验机是主要测量材料的物理力学性能的机器，材料的物理力学性能包括拉伸强度、压缩强度、弯曲强度等等。它要符合GB/T164911996以及鉴定标准JJG47586。二测量的一些基本概念1测量、计量和测试，三者关系密切。a.测量是指以确定被测对象量值为目的的全部操作；b.计量是指实现单位统一和量值准确可靠的测量；c.测试是具有试验性质的测量，也可理解为测量和试验的综合。根据被测量是否随时间变化，可将测量分为动态测量和静态测量。静态测量是测量期间被测量值可认为是恒定的测量。而动态测量是为确定量的瞬时值及（或）其随时间变化的量所进行的测量。2测量装置的误差和准确度装置的示值总是有误差的。测量装置的示

6、值和被测量的真值之间的差值称为装置的示值误差。若不会引起混淆，可简称为测量装置的误差。一般来说，真值是不知道的，只有按规定的特定条件下保存的国际计量局的基准，可以认为是某量的真值。例如国际千克基准，可以认为是真值1kg。在实际测量中，只能用所谓的约定真值来代替真值。如：被测量的实际值、修过的算术平均值、计量标准器所复现的量值等作为约定真值。其中，实际值是指满足规定准确度的可用来代替真值使用的量值。如在计量检定中通常把高一等级计量标准所复现的量值称为实际值。测量装置的准确度（也称为精确度）是表示测量装置给出接近于被测量的真值的示值的能力。它反映测量装置的总误差。该总误差包括系统误差和随机误差两部

7、分。测量装置的随机误差分量可用对同一被测量在同一行程方向连续进行多次测量示值的分散性来表述。通常这也称为测量装置的重复性误差。在实际工作中，往往使用到测量装置的引用误差一词。它是指测量装置的示值绝对误差与引用值之比，并以百分数表示。引用值往往是指测量装置的量程或示值范围的最高值。例如示值范围为0150V的电压表，当其示值为100.0V时，测的电压实际值为99.4V，则该电压表的引用误差为： （100.0-99.4）*100%/150=0.4% 测量装置的准确度等级是用来表达该装置在符合一定的计量要求情况下，能保持其误差在规定的极限范围内。多数的电工、热工仪表和部分无线电测量仪器采用引用误差的形

8、式来表示其准确度等级，以允许引用误差值来作为准确度级别的代号。例如，“0.2级”电压表表示该电压表允许的示值误差不超过电压表引用值的0.2%。3量程和测量范围测量装置的示值范围的上、下限之差的模，称为量程。其测量范围则是指在该装置的误差允许极限内它所能测量的被测量值范围。对于用动态测量的装置还标明在允许误差极限内所能测量的频率范围。4信噪比信号功率与干扰（噪声）功率之比，称为信噪比，记为SNR，并用分贝（dB）来表示。如SNR=10 式中，N 和 N 分别是信号和噪声的功率。有时也用信号电压和噪声电压来表示信噪比，这时信噪比SNR（以dB为单位）中的V 和 V 分别为信号和噪声的电压。例如，用

9、某仪器测量某信号时的信噪比为65dB。此时表示信号电压和干扰电压之比（V /V）为1000，噪声电压还不到信号电压的千分之一。5动态范围动态范围是装置不受噪声影响而能获得不失真输出的测量上限值 y 和下限值y 之比值。这样动态范围DR（以dB为单位）如：DR=20 6线性度线性度是指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。在静态测量的情况下，用实验来确定被测量的实际值和测量装置示值之间的函数关系的过程称为静态校准，所得到的关系曲线称为校准曲线。通常，校准曲线并非直线。为了使用简便，总是以线性关系来代替实际关系。为此，需要直线来拟合校准曲线。校准曲线接近拟合直线的程度就是线性度（如图1）。

10、作为技术指标，则采用线性误差来表示，即在装置标称输出范围A内，校准曲线与该拟合直线的最大偏差B来表示。线性误差也可用相对误差来表示，如：线性误差=B/A*100%至于拟合线性直线应如何确定，目前国内外尚无同一的标准。较常用的有两种：端基直线和独立直线。端基直线是一条通过测量范围的上下限点的直线（如图2）。若拟合的直线与校准曲线间的偏差B 的平方和最小，即 最小，则该直线被称为独立直线。7灵敏度、鉴别力阀、分辨力灵敏度，鉴别力阀都是用来描述测量装置对被测量变化的反应的能力。当装置的输入x有一个变化量，它引起输出，发出相应的变化量，则定义灵敏度 S=显然对于理想的定常线性系统，其灵敏度应当是 S=

11、 =常数。但是，一般的测试装置总不是理想的定常线线性系统，其校准曲线不是直线，曲线上各点的斜率（即各点的灵敏度）也不是常数。尽管如此，却总是用其拟合直线的斜率来作为该装置的灵敏度。灵敏度是一个有量纲的量。其单位取决于输入、输出量的单位，当输入、输出两者单位一样，则灵敏度实际上是一个无纲量的比例常数。这时也称之为“放大比”或“放大倍数”。通常，把引起测量装置输出值产生一个可察觉变化的最小被测量变化值称为鉴别力阀（称为灵敏阀或灵敏限）。它用来描述装置对输入微小变化的响应能力。 某些测试装置使用了一般术语“分辨力”。它是指指示装置有效地辨别紧密相邻量值的能力。一般认为数字装置的分辨力就是最后位数的一

12、个字，模拟装置的分辨力为指示标尺分度值的一半。8回程误差回程误差也称为滞后或变差。它是描述测试装置的输出同输入变化方向有关的特性。（如图3）理想装置的输出、输入有完全单调的一一对应的关系。不管输入是由小增大，还是由大减小，对一个给定的输入、输出总是相同的 ，如图中细斜线。但是实际装置在同样的测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值。把在全测量范围内，最大的差值称为回程误差或滞后误差，如图3中的回程误差可以是一般滞后现象的后果，也可能反应着装置死区的存在，前者在磁性材料的磁化和一般材料受力变形的过程中都会发生。9稳定度和漂移稳定度是指测量装置在规

13、定条件下保持测量特性恒定不变的能力。通常在不指明影响量时，稳定度是指装置不受时间变化影响的能力。如果是对其他影响量来考察稳定时，则需特别说明。测量装置的测量特性随时间的慢变化，称为漂移。在规定条件下，对一个恒定的输入在规定时间内的输出变化，称为点漂；标称范围最低值的点漂，称为零点漂移，简称零漂。三试验机的鉴定标准的解释所有拉力试验机在1MN以下的测量范围内。我们公司已经取得10N600KN系列的1级和0.5级的计量许可证，而其他单位的一般是单个项目的计量许可证。试验机必须有铭牌。计量许可证是由省级计量颁发，委托市级检测中心进行考核的。试验机标准是一个综合指标，不是某一指标超过某个指数就称为这个

14、级别的试验机。它的鉴定标准指数包括过载保护、横梁移动速度、漂移、力值指示装置（包括鉴别力）、引伸计、噪音、同轴度、负荷、以及进回程误差等。国家省一级的检测站由于受检测设备的影响，现在一般不能检测0。2级的试验机。以及计量法规定，机械不可以自检测。日本人试验机的所谓自检测不符合计量法。1工作环境a.试验机的环境要求是1030之间，而且要求温度变化不到2/小时。b.试验机的放置要求离其它最近的物品或墙角大于700毫米。c.在一些潮湿的地方不要放在地下室，或者加防潮器。d.当然也不要放在有对电子有干扰的地方。e.其余见标准。2过载安全鉴定标准过载安全标准是5%10%，我们公司目前采用的是过载10%就

15、自动停机（采用的是用软件控制停机）。3速度鉴定标准现在要求是0.5级机是误差0.2%，1级机是不超过1%。当低于0.1mm/s时，采用一级千分表和分辨力1/100s一级百分表，测量时间大于30min。而0.110mm/s时，采用一级磁力表和分辨力1/100s一级百分表，测量时间大于10 min。大于10mm/s时采用钢直尺和1/100s一级百分表，测量时间大于3 min；这是我们厂采用的测量方法。当速度小于0.05mm/s时，实现连续平稳地进行加载有一些困难，在这个方面日本岛津有20万码的控制技术，较我们的公司好。4零点漂移的鉴定标准我们公司采用了全程不分档，但鉴定的时候是采用分六档的标准来鉴

16、定试验机是否达到了标准。试验机是0.5级机的时候应该用10万码才能达到。零点漂移的计算方法：我们的工作机通常分为六档，分别为最大负荷的100%、50%、20%、10%、5%、2%。而零点漂移是指在该量程中满量程不超过0.1%（0.5级）或0.2%（1级）。例如10KN、0.5级的试验机，则最大漂移不能超过：*2%*0.1%=0.2N同理为1级机的时候： *2%*0.2%=0.4N ，以此类推。（注意要烧机半个小时才开始鉴定）5力阀（灵敏度）鉴定标准测力不能超过0.05%（指的是在最小档位满负荷）。例如10KN的试验机： *0.2*0.05%=0.1N指的是当你放一个0.1N的砝码在试验机上时，

17、试验机的读数有变化。也就是负荷传感器的最小感应的单位要大于等于0.1牛。其他类推。6同轴度的鉴定标准一般要求5KN以下的是2mm以内。同轴度的鉴定方法有两种方式：第一种是吊线法（常用方法），也称为落锤式。第二种方法是：将同心棒的上端用夹具夹住，下端夹住一个转盘，在夹盘上面放置一个磁力百分表，让探针围绕同心棒旋转。大于5KN的试验机，使用的是贴应变片的方法，在规定的同轴度测试仪上，在轴的相互成90度的周围贴上四片应变片，进行拉伸，测试他们的应变的比然后按照 E（同轴度）=（最大变化平均变化）/平均变化来计算。（国内是用北京钢铁研究院研究的方法）7回程误差的鉴定标准进回程误差=（进程-回程）/标准

18、值8负荷鉴定标准负荷鉴定一般要高于该精度的3倍以上才可以进行鉴定。在国际单位中，力是一个导出量，由质量和加速度的乘法来定义。力的基准量取决于质量、时间和长度的基准量。质量的基准量是一个保存在法国塞夫勒（SEVRES）市国际计量局内的箔铱圆柱体，称为国际千克基准。其他基准通过精密度为10亿分之几的天平来和该基准比对。而国家的计量体系是由国家一个精确度为10万分之一的基准器（标准砝码），传递到下一级为一万分之三称为一等级标准测力计（高精度负荷传感器），再下一级为二等级标准测力计千分之一的精确度。我们公司正在生产这种精度的测力仪。再下一等级的是三等级标准测力计（称为测力环）精度为千分之三。在这一等级

19、的机器也称为工作测力机（0.5级）。一级机的 精度是百分之一，公司的产品都称为工作机。我国的计量体系分为两条线： 国家工业省级计量市级计量站（有基准器） 国防系统三零四所区域计量站（有基准器，在四川）作为检测只需要高于被检测设备的3倍精度的设备就可以进行检测，检测才有效。9引伸计的检测10包装的检测例如防水，防潮，防锈的复合防护包装11铭牌的内容a.名称b.型号c.出厂日期、编号d.试验机最大试验力f.试验机的级别（或测量范围与级别）g.制造厂名称12颠簸试验等等注：关于分档的简介几乎所有的检测都要进行分档，分档的原因是因为电子元件的线性度的影响，不是什么电子元件的物理变形和电信号的转变都成严

20、格的线性比的。为了减少误差，所以分段进行校核，这样给我们的直接结果就是进行分档。虽然我们公司的编码器全程不分档。但是检测的时候还是要进行分档处理的。由于我们公司采用的是分辨率10万码，一般采用的是分六档。分别为最大负荷的100%，50%，20%，10%，5%，2%六档。当他们进行检测的时候就是检测每一个量程的有效范围80%20%，所以有效值的计算方法例如：10KN的拉力试验机的计算方法 10KN*2%*20%=40N40N就是10KN的最小有效值。所以现在的试验机的有效范围是100%0.4%，而10万码的也可以算出来。10万码是由灵敏度来算的。全程不分档的好处在于在最大负荷以内的测量没有过度阶

21、段，使得交错部分的试样采集方面比分档有优势。试验机到当地以后都要进行鉴定的。试验方法3 拉伸试验：注意事项：（1）金属拉伸不可设定返车，硬质塑料拉伸不设返车。 （2）金属拉伸如要求弹性模量或p02时用引伸计，塑料或橡胶拉伸如延伸率大于25mm时用大 变形。 以金属拉伸为例：（1）一般来说金属拉伸的特性曲线分四个部分：弹性段、屈服段、加工硬化段、颈缩段。（2）主要参数指标： ：规定非比例伸长应力（P） 试样标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。表示此应力的符号应附以注脚说明。 测定方法有：图解法、滞后环法、逐步逼近法（公司现在一般用的方法） ：规定总伸长应力（） 试样标距部分的总

22、伸长（弹性伸长加塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的应力。表示此应力的符号应附以注脚说明。 ：规定残余伸长应力（r） 试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。表示此应力的符号应附以注脚说明。 ：屈服点（s）：呈现屈服现象的金属材料，试样在试验过程中力不增加仍能继续伸长时的应力。 上屈服点：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。 下屈服点：当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。：屈服点伸长率（s） 试样从屈服开始至屈服阶段结束（加工硬化开始）之间标距地伸长与原始标距的百分比 求法：屈服阶段结束点的变形减去上屈服点的变形，或屈服阶段结束点的非比例变形：抗拉强度

23、（b）：试样拉断过程中最大力所对应的应力。 求法：最大力/原始横截面积：最大力下的伸长率：试样拉到最大力时标距的伸长与原始标距的百分比。：断后伸长率（）：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。 （注意：软件自动求得的断后伸长率是不准的）：断面收缩率（）：试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 其它参数指标：弹性模量（）：弹性变形范围内应力与应变的比值。泊松比（）：轴向应力作用下，相应的横向应变与轴向应变之比的绝对值（弹性段范围内）。塑性应变比（）：将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时，试样标距内，宽度方向的真实应变与厚度方向真实应变之比。应变硬化指数（）：金属

24、薄板材料真实应力减去真实应变，在双对数坐标平面上关系曲线的斜率。工程应力：拉伸试验过程中，任一时刻的负荷除以试样原始横截面积的商。工程应变：拉伸试验过程中，任一时刻的原始标距增量与原始标距之比。真实应力：拉伸试验过程中，任一时刻的负荷除以试样瞬时横截面积的商。真实应变：拉伸试验过程中，任一时刻的试样标距与原始标距之比的自然对数。4 压缩试验（GB734187）：注意事项：（1）试验前要设置限位（2）试验速度不宜过大（可设置返车） 主要参数指标：（1）规定非比例压缩应力（pc） （2）规定总压缩应力（tc） （3）压缩屈服点（sc） （4）抗压强度（b） （5）压缩弹性模量（Ec）5 弯曲试验：

25、注意事项：（1）试验前要设置限位（2）试验速度不应过大（可设置返车）行语：（1）三点弯曲：两个支承点，一个弯心。 （2）四点弯曲：两个支承点，两个弯心。 （3）跨距：弯曲试验装置上试样两支承点间的距离。 （4）挠度：试样弯曲时，其中线偏离原始位置的最大距离。 主要参数指标：（1）试样截面系数（W） （2）试样截面惯性矩（I） （3）抗弯强度（bb） （4）弯曲角度（） （5）规定非比例弯曲应力（pb） （6）弯曲弹性模量（Eb） （7）弯曲断裂能量（U）6 剪切试验：注意事项（分拉剪、压剪两种）：（1）压剪： a：注意试验前限位 b：试验速度不宜过大 c：可设置返车（2）拉剪：最好不返车 主要

26、参数指标：最大力、剪切强度7 剥离试验：注意事项：软件中停机条件的设定。主要参数指标：最大力、剥离强度（平均剥离力/试样宽度）8 撕裂试验：注意事项：软件中停机条件的设定。主要参数指标：最大力7顶破实验：用于土工布实验，测量最大破坏力。8 蠕变实验：对某种材料施加一定的力，试验一定的时间，一般在高温下试验的专用实验机。高温蠕 变持久试验，作保载试验，公司试验机只能在短时间内实验。9 循环往复试验：不回零点，拉完卸载。回零点需动态实验机，拉完后，可返车。10疲劳试验：低周疲劳静态实验机 高周疲劳需要动态试验机。公司不能实现这种试验。试验方法与标准课程介绍 本课程将介绍一些常用试验方法与试验标准概

27、述 试验方法将按拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂六种常见试验方法讲述； 拉伸 GB 剪切 压缩 ISO 剥离 弯曲 DIN 撕裂试验方法和试验标准是分不开的，本教材不会分开来叙述，而将采用糅合的办法，使之相辅相成。一、拉伸试验 图示：1.1 注意事项 金属拉伸不可设定返车，硬质塑料拉伸不设返车，原则：返车不要由于没卸试样而顶坏夹具甚至传感器；用大变形时注意不要撞伤大变形。 金属拉伸如要求弹性模量或P0.2时用引伸计，塑料或橡胶拉伸如延伸率大于25mm时用大变形。用大变形时试样变形越大结果越精确。1.2 以GB22887金属拉伸试验方法为例1.3 典型曲线 一般来说金属拉伸的特性曲线分四个部分

28、： 1、弹性段 2、屈服断 3、加工硬化段 4、颈缩段1.4 主要参数指标 规定非比例伸长应力（p） 规定总伸长应力（t） 规定残余伸长应力（r） 屈服点（s） 屈服点伸长率（s） 抗拉强度（b） 最大力下的伸长率 断后伸长率（） 断面收缩率（）规定非比例伸长应力（P） 定义：试样标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。表示此应力的符 号应附以脚注说明，例如P0.05、P0.2等分别表示规定非比例伸长率为0.05、0.2时的应力。通常规定非比例伸长率为0.2。 测定方法： 1、图解法； 2、滞后环法； 3、逐步逼近法。规定总伸长应力（t） 定义： 试样标距部分的总伸长（弹性伸长加

29、塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的应力。表示此应力的符号应附以脚注说明，例如t0.5表示规定总伸长率为0.5时的应力。通常规定总伸长率为0.5。 求法：规定残余伸长应力（r） 定义：试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。表示此应力的符号应附以脚注说明，例如r0.2表示规定残余伸长率为0.2时的应力。 求法： 暂时未求。屈服点（s） 定义： 呈现屈服现象的金属材料，试样在试验过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力。如力发生下降，应区分上、下屈服点。1、上屈服点（ su）： 试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。2、下屈服点（ sl）： 当不计初始瞬时

30、效应时屈服阶段中的最小应力。 测定方法： 请注意三种不同的屈服现象，其上下屈服点的算法不的同之处。一般屈服点取下屈服点。屈服点伸长率（s） 定义： 试样从屈服开始至屈服阶段结束（加工硬化开始）之间标距地伸长与原始标距的百分比。 求法： 屈服阶段结束点的变形减去上屈服点的变形，或屈服阶段结束点的非比例变形。抗拉强度（b） 定义：试样拉断过程中最大力所对应的应力。 求法： 最大力原始横截面积最大力下的伸长率 定义：试样拉到最大力时标距的伸长与原始标距的百分比。 求法： 应区分最大力下的总伸长率（gt）和非比例伸长率（g）。断后伸长率（） 定义：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。 注意： 软件自动求得的断后伸长率是不准的。断面收缩率（） 定义：试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。1.5 补充说明 弹性模量（E）：弹性变形范围内应力与应变的比值。 泊松比（）：轴向应力作用下，相应的横向应变与轴向应变之比的绝对值。弹性段范围内。 塑性应变比（值）：将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时，试样