拉伸試驗機(jī)功能與應(yīng)用詳解

拉伸試驗機(jī)（又稱萬能材料試驗機(jī)）是一種用于對各種材料進(jìn)行靜態(tài)拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離等力學(xué)性能測試的儀器設(shè)備。以下是其核心組成部分和相關(guān)術(shù)語的解釋：

1.核心組成部分

機(jī)架：試驗機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主體，通常由底座和橫梁組成，提供測試所需的支撐和反作用力。

負(fù)荷框架：指機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式，常見的有單柱式（適用于小力值）和雙柱式（穩(wěn)定性好，適用于大力值）。

橫梁：可移動的部分，用于安裝夾具，通過其上下移動來對試樣施加力。

驅(qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動橫梁移動的動力源。

伺服電機(jī)：目前最主流的驅(qū)動方式，控制精確、響應(yīng)快、噪音低。

液壓：用于需要超大負(fù)荷（如數(shù)百kN以上）的場合，功率大但精度和控制性通常不如伺服電機(jī)。

力傳感器：核心測量元件，用于精確測量試驗過程中施加在試樣上的力值。單位通常是牛頓(N)或千牛(kN)。

位移/變形測量系統(tǒng)：

橫梁位移：通過電機(jī)編碼器測量橫梁移動的距離，精度相對較低，常用于控制測試速度。

引伸計：直接夾持在試樣上的高精度傳感器，用于測量試樣的真實變形（如標(biāo)距內(nèi)的伸長或壓縮）。它是獲取材料彈性模量等關(guān)鍵參數(shù)的必要設(shè)備。

控制系統(tǒng)與軟件：試驗機(jī)的“大腦”，用于設(shè)置測試參數(shù)（如速度、極限值）、控制試驗過程、采集數(shù)據(jù)并生成測試報告。

夾具：用于夾持試樣的部件，根據(jù)試樣形狀和測試類型（拉伸、壓縮、彎曲等）有多種形式，如楔形夾具、螺紋夾具、平板夾具等。

2.關(guān)鍵測試參數(shù)與術(shù)語

力值：試驗機(jī)能夠施加和測量的最大力。

位移/行程：橫梁能夠移動的最大距離。

速度：橫梁移動或力值變化的速率，可設(shè)置為恒定速度（如mm/min）或變化速度。

應(yīng)力：單位面積上所承受的力(σ=F/A)，單位通常是兆帕(MPa)。

應(yīng)變：試樣變形量與原始標(biāo)距的比值(ε=ΔL/L?)，通常以百分比表示。

應(yīng)力-應(yīng)變曲線：測試過程中由軟件繪制的應(yīng)力隨應(yīng)變變化的曲線，是分析材料性能的基礎(chǔ)。

3.材料性能指標(biāo)（通過拉伸試驗獲得）

彈性模量：應(yīng)力-應(yīng)變曲線在彈性階段的斜率，表征材料抵抗彈性變形的能力，即材料的“剛度”。

屈服強(qiáng)度：材料開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力值。對于沒有明顯屈服點的材料，常用規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度來表示。

抗拉強(qiáng)度：材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力值。

斷后伸長率：試樣斷裂后標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距的百分比，表征材料的塑性或“延展性”。

斷面收縮率：試樣斷裂后橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，同樣表征材料的塑性。

二、拉伸試驗機(jī)的功能

拉伸試驗機(jī)的基本功能是對標(biāo)準(zhǔn)試樣施加一個可控的、遞增的拉伸力，直至其斷裂，并在此過程中精確測量力、位移和變形等數(shù)據(jù)。

具體功能包括：

1.力控制：以恒定的速率增加力。

2.位移控制：以恒定的速率移動橫梁。

3.變形控制：通過引伸計，以恒定的變形速率進(jìn)行測試。

4.循環(huán)加載：進(jìn)行反復(fù)的加載-卸載，用于研究材料的疲勞或包效應(yīng)。

5.保持功能：在特定力、位移或變形下保持一段時間。

三、拉伸試驗機(jī)的應(yīng)用

拉伸試驗機(jī)的應(yīng)用極其廣泛，幾乎涵蓋了所有工程材料和行業(yè)。

1.質(zhì)量控制與入廠檢驗

金屬行業(yè)：檢測鋼材、鋁材、銅材等金屬材料的強(qiáng)度、塑性是否達(dá)標(biāo)。

塑料與橡膠行業(yè)：測試塑料、橡膠制品的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、定伸應(yīng)力等。

電線電纜：測試導(dǎo)體的抗拉強(qiáng)度和絕緣/護(hù)套材料的伸長率。

紡織纖維與服裝：測試紗線、織物的強(qiáng)力和伸長。

紙張與包裝：測試紙張、膠帶、包裝膜的拉伸性能和剝離強(qiáng)度。

2.研發(fā)與材料科學(xué)

新材料開發(fā)：評估新研發(fā)的復(fù)合材料、高分子材料、合金等的力學(xué)性能。

工藝優(yōu)化：研究不同熱處理、加工工藝對材料性能的影響。

有限元分析驗證：為計算機(jī)模擬提供精確的材料參數(shù)（如彈性模量、泊松比）。

3.失效分析

當(dāng)產(chǎn)品在運輸或使用過程中發(fā)生斷裂時，可通過拉伸試驗分析斷裂原因，是材料問題、設(shè)計問題還是加工問題。

4.教育與培訓(xùn)

在大學(xué)和職業(yè)學(xué)校的材料、機(jī)械、土木等工程專業(yè)中，用于教學(xué)和實驗，幫助學(xué)生理解材料力學(xué)行為。

5.特定行業(yè)應(yīng)用舉例

汽車工業(yè)：測試安全帶、輪胎簾線、發(fā)動機(jī)零部件材料的性能。

航空航天：對高強(qiáng)度輕質(zhì)合金、復(fù)合材料進(jìn)行極其嚴(yán)格的測試。

醫(yī)療器械：測試骨釘、導(dǎo)管、縫合線等產(chǎn)品的力學(xué)性能。

建筑工程：測試鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絞線、土工格柵等材料的性能。