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應變片式引伸計的應用及實驗技術的拓展

應變片式引伸計的應用及實驗技術的拓展
材料力學性能測試中，關于材料變形的測量，使用的*多的傳感元件就是應變片式引伸計。這種引伸計的規(guī)格也很多，一般按其標距和測量范圍來區(qū)分。例如，北京鋼鐵研究總院生產(chǎn)的2510引伸計，其標距是25mm，測量范圍是10%（2.5mm）。
對于不同的試驗對象，不僅應選用不同規(guī)格的引伸計，也還有一些相應的使用技巧。這主要是針對目前大量使用的低檔試驗機總結出來的。
1、材料非比例屈服強度的測量：一般金屬材料這兩個參數(shù)的測量都在1%左右變形下完成。為了提高測量精度，就應選取較小（例如2%）變形測量范圍的引伸計。假如沒有這么小規(guī)格的引伸計也沒有關系，使用5%或10%變形范圍的引伸計只要以其2%的變形范圍作為滿量程進行準確標定，確定其精度滿足使用要求就可以使用。事實上，一些相關測試軟件就是把一個引伸計分成大、小幾個變形測量范圍，經(jīng)標定后當成幾個不同規(guī)格引伸計來使用的。
2、材料彈性模量的測量：引伸計的選用與測量材料的非比例屈服強度基本相同。只是在標定和使用時更要仔細。其一，標距必須準確。標定時和使用時的標距誤差將直接對應造成測量的誤差。其二，引伸計的穩(wěn)定性必須良好。有些引伸計在正常標定時完全滿足精度要求，但停留在測量范圍內(nèi)某一點時就會有漂移，嚴重影響測量結果的準確度（當然這其中也可能是放大電路的穩(wěn)定性不好）。其三，環(huán)境溫度必須穩(wěn)定，不要用工作臺燈近距離照射試棒，熱變形**不可忽視。其四，不可有彎曲應變混雜其中，否則將嚴重影響測試結果，必要時需要使用平均應變測量引伸計。其五，試棒的加工質量不可忽視。假如測量標距內(nèi)材料有加工殘余應力，那么本應是線彈性的力——變形曲線，就會由于存在殘余拉應力的部分材料先期進入屈服狀態(tài)，從而就會改變測試曲線的斜率，這也就影響了彈性模量的準確測量。其六，引伸計的刀口是易損件，它的磨損、尤其是卷刃，會嚴重影響測試結果?？傊瑥椥阅Ａ康臏y量不僅要求要有高精度的測試設備，還必須要有高精度的試棒。
3、應變硬化指數(shù)n的測量:應變硬化指數(shù)n的測量需要使用引伸計繪制拉伸曲線直到*大力Fm四周，這就要求所使用的引伸計必須有足夠大的測量范圍，對于黑色金屬，一般應該使用50%測量工作范圍的引伸計。這一測試過程，對于塑性比較好的材料而言，只要稍加注重，能夠在拉伸接近*大力點時適時卸下引伸計，就是**的。但是，假如被測材料的塑性稍差，就要非常小心，必須保證在拉伸即將達到*大力時立即卸下引伸計，以保證不會因試棒斷裂而打壞引伸計。對于使用橡皮筋固定引伸計者，可以使用鋒利的小刀割斷橡皮筋，以提高操作速度。
4、使用引伸計繪制全曲線自動測量延伸率：實施中，是以記錄下的斷裂總伸長率At來確定其斷后伸長率A。所以要選用與試棒測量標距相同標距的引伸計。此種用法因為要使用引伸計一直到試棒被拉斷，所以，如不采取非凡措施將極易損壞引伸計。為此，試棒的穩(wěn)固夾持至關重要。其一，必須使用液壓夾頭或螺紋犟緊連接，以保證試棒在斷裂時不會沿軸向跳動，從而不會使引伸計過量張開和受到?jīng)_擊。其二，試驗機機架剛度要大（用大噸位試驗機做小試棒），*好使用絲杠驅動或電液伺服式試驗機，以保證試棒斷裂時機架的彈性恢復變形盡量小，其移動夾頭（橫梁）的跳動也盡量的小，這同樣是為了保證試棒在斷裂時不會沿軸向跳動，從而不會使引伸計過量張開和受到?jīng)_擊。其三，試棒不要太長。較長的試棒在斷裂時彈性恢復的長度也大（注重：高強度和低彈性模量的材料也如此），同樣在試棒斷裂時會對引伸計產(chǎn)生沖擊。需要說明的是，上述曲線的繪制現(xiàn)在多采用引伸計和位移計（編碼器或直線電阻）接力測量的方式進行，這種方式對保護傳感器很**，也能滿足一般測試的精度要求。但是使用位移計測量的那部分曲線現(xiàn)在采用由位移量除以試棒的平行長度來折算其相應的應變值。這一計算方法是建立在拉伸力不再增加，因而機架的變形也不再增加，和試棒也僅僅是其平行長度內(nèi)在不斷伸長，而平行長度外則完全不伸長的假設條件下的。這一假設顯然帶有一定的正向誤差。在這里，假如計算時的Lo不是采用試棒的平行長度，而是將過渡圓弧部分也包括進來，或許會適當減小其折算誤差。
5、引伸計的安裝固定：現(xiàn)在通常的引伸計安裝固定方法是使用橡皮筋，使用橡皮筋在試棒上固定引伸計也有很多技巧，*主要的有以下四點。其一，松緊適度。一般是在把橡皮筋拉長到*大長度的60~80%左右或原始長度的4倍左右下使用。其二，纏繞圈數(shù)適度，纏繞過少則纏繞力不夠，刀口固定不牢；纏繞過多則可能在試棒產(chǎn)生較大變形時，刀口在橡皮筋與試棒的相對錯動時被迫移位，使測試曲線產(chǎn)生跳動。經(jīng)驗表明以“Z”形路徑纏繞（6個單根）效果較好。假如橡皮圈的長度不合適，可以在其適當位置打結。其三，纏繞端正。纏繞的合力應與試棒垂直、與刀口在一條線上，否則會有分力拉動引伸計的臂產(chǎn)生不應有的轉動，直接影響測試曲線的走向。其四，標距準確。一般靜態(tài)引伸計都有標距長度定位桿，安裝時只要是引伸計的兩個臂張開到定位桿不受壓、留有一定間隙即可，通常是留出0.5mm左右間隙。假如沒有留出這一間隙，使引伸計的兩臂受到壓迫，則拉伸曲線的開始階段必然是應變訊號先向負向增加，直到兩臂不再受壓才會恢復正常。
6、壓縮試驗的變形曲線繪制：壓縮實驗時引伸計的安裝位置對測量值影響很大。此時其測量標距應該就是試樣的高度，而引伸計的刀口又只能在上、下壓板（壓頭）上的引出桿上得到固定。如此測量出的變形就不僅有試樣本身的變形，它還包括上、下壓板（壓頭）的變形和上、下壓板（壓頭）與試樣間結合間隙的消除。實踐表明，有時后者的變形量比試樣本身的變形量還要大，**不可忽視。消除的辦法是：首先在不裝試樣（僅僅不裝試樣，其它應有盡有）的情況下加載到可能達到的試驗力，實測出這一加載系統(tǒng)的力——變形曲線。而后加裝試樣進行試驗，對所測得的曲線用加載系統(tǒng)的力——變形曲線進行修正，即可得到被測試樣的力——變形曲線。這里還需要強調的是，上、下壓板（壓頭）必須有足夠的剛度，它絕不能在加載過程中產(chǎn)生翹曲，因為上、下壓板（壓頭）上的引出桿對這一翹曲會有極大的放大作用。另外，在壓縮變形測量中，偏載對測試結果的影響也是非常大的，所以通常采用平均應變引伸計進行測量。
7、變標距引伸計：有些實驗室在測試中會根據(jù)需要不斷的變換引伸計的標距長度，而配備過多的不同標距的引伸計是不現(xiàn)實的，此時只能使用變標距引伸計。變標距引伸計可以用普通引伸計經(jīng)加裝標距接長桿和可移動刀口來實現(xiàn)。需要注重的是：多數(shù)情況下，移動刀口較大范圍改變標距后，需要對引伸計重新進行標定，以保證引伸計的準確度。
8、橫向變形引伸計：對于偶然使用橫向引伸計者，可以使用適當標距的普通軸向引伸計臨時改制，方法視引伸計具體結構而定。對于英斯特朗的引伸計，可以通過卸下其刀口，利用固定其刀口的孔安裝兩個相對的**來實現(xiàn)。**可以用十字頭M3螺釘磨尖制成，**間距可用M3螺母調整。另外還需用一段兩頭磨尖的自行車條彎成一個“C”形卡子，用其兩尖夾住M3螺釘?shù)氖诸^，即可以將引伸計固定在試樣上。其引伸計的自重下垂，可以用橡皮筋懸吊來解決。
力學測試是一門多學科的綜合技術，需要我們開闊思路、充分利用現(xiàn)有設備條件，不斷的總結經(jīng)驗，才能較好應對各種各樣的相關檢測任務。這些年來，我們的實驗室就是在不斷的探索中，使用單軸加載電液伺服試驗機，創(chuàng)造性的完成了諸如載重汽車鋼板彈簧橡膠襯套在施加徑向衡載條件下的扭轉疲憊試驗；研究成功了預制疲憊裂紋的復合加載裝置，它即可以有效阻止脆性材料預制疲憊裂紋的失穩(wěn)擴展，在脆性材料上自動預制出預定長度的疲憊裂紋，又可以非常有效的解決某些材料預制疲憊裂紋時，其裂紋前緣線不夠平直的難題。除此之外，我們還自行設計制造了多種專用試驗工裝夾具，以滿足非凡試驗工作的需要。