為什么材料拉伸試驗(yàn)要用“引伸計(jì)”

CELab-001

2021年6月1日 22:57

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1. What's it ?| 什么是引伸計(jì)？

引伸計(jì)是測(cè)量試件兩點(diǎn)間線變形的一種儀器。

引伸計(jì)一般由傳感器、放大器和記錄器三部分組成。試驗(yàn)時(shí)，傳感器與試件測(cè)量段（亦稱“測(cè)量標(biāo)距”）的兩端點(diǎn)“固定”，傳感器測(cè)得標(biāo)距間的變形（伸長(zhǎng)或縮短）并將其轉(zhuǎn)化為其他信號(hào)（如電信號(hào)、光信號(hào)），經(jīng)放大器放大并由記錄器采集，從而獲得數(shù)據(jù)。

引伸計(jì)包括機(jī)械式引伸計(jì)、光學(xué)引伸計(jì)、電子引伸計(jì)（圖1）等。目前土木工程試驗(yàn)中較常用電子引伸計(jì)，如各類材料的拉伸試驗(yàn)。而電子引伸計(jì)又可分為軸向引伸計(jì)、橫向引伸計(jì)和夾式引伸計(jì)。本文主要談?wù)剬?duì) 軸向電子引伸計(jì)（測(cè)量試件沿加載方向的線變形）的一些理解，如圖1，其包括刀刃、 標(biāo)距桿、 標(biāo)距桿墊片、力臂等部件。

圖1 軸向電子引伸計(jì)

2. Why it ?| 為什么需要用引伸計(jì)？

目前多數(shù)試驗(yàn)機(jī)都能記錄加載頭的位移，利用位移計(jì)也能測(cè)量試件的變形，這兩者相對(duì)于引伸計(jì)的安裝和使用都方便太多，所以剛開始做材料拉伸試驗(yàn)時(shí)，我對(duì)試件上額外添加一個(gè)引伸計(jì)是疑惑的。

那么使用引伸計(jì)的意義是什么？

結(jié)合試驗(yàn)來談一談會(huì)一點(diǎn)。

當(dāng)進(jìn)行材料拉伸試驗(yàn)時(shí)，試件所受荷載可以直接從試驗(yàn)機(jī)獲得，記為 F；試件的“受拉伸長(zhǎng)量”也可以直接從試驗(yàn)機(jī)獲得，記加載頭位移為 d；那拉伸試驗(yàn)的荷載-位移曲線不就已經(jīng)可以繪制了么？如果試件的截面積為 A，原長(zhǎng)為 l，那 σ= F/ A、 ε= d/ l后拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線也能得到。

圖2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

好像有道理哈？別被我?guī)耍乙婚_始就是這么想的~然而用上述方法一算，木材約10000 MPa的彈性模量（ E= σ/ ε），印象里我干出來就只有5000 MPa左右？？？

所以引伸計(jì)的意義，就是更“精確”。試驗(yàn)中，上述伸長(zhǎng)量d的測(cè)量并非易事，它應(yīng)當(dāng)是小變形范圍內(nèi)材料本身的伸長(zhǎng)。而實(shí)際夾具與試件間的滑移、夾持端的受力情況、端部效應(yīng)（圣偉南原理）等均使得加載頭位移或位移計(jì)測(cè)量位移的結(jié)果非常不準(zhǔn)確。而使用軸向引伸計(jì)，可以排除上述干擾，達(dá)到“精確”測(cè)量材料本身變形的目的。確實(shí)，改用引伸計(jì)的數(shù)據(jù)，我的試驗(yàn)結(jié)果變得合理...

3. How to use it ?| 引伸計(jì)使用方法

順便講講引伸計(jì)的使用方法，供伙伴們參考。

1）首先將引伸計(jì)接線到電腦主機(jī)（圖1所示引伸計(jì)接口為串行通信接口），接好后，控制試驗(yàn)設(shè)備的軟件中便可設(shè)置“使用引伸計(jì)”，從而可獲得引伸計(jì)數(shù)據(jù)；

2）將標(biāo)距桿墊片卡在力臂和標(biāo)距桿之間，壓緊兩力臂，使兩 刀刃垂直接觸試樣；

3）用彈簧或橡皮筋將引伸計(jì)綁在試樣上，裝好后取出標(biāo)距桿墊片，使力臂與標(biāo)距桿之間保持大約0.5mm的間距，如圖3； 采用彈簧或橡皮筋固定的目的是防止刀刃滑動(dòng)，固定時(shí)也可在試件上做輕微的刻痕與刀刃卡住；