引伸計在材料拉力試驗中的作用,這是一個關于材料力學測試非常核心且重要的問題。簡單來說,引伸計在材料拉力試驗中扮演著“高精度應變測量儀"的角色。它的核心作用是直接、精確地測量試樣在受力過程中的微小長度變化(應變),從而得到材料關鍵力學性能的準確數據。
如果沒有引伸計,試驗機只能測量橫梁的位移,而這個位移包含了試樣變形、夾具打滑、機器框架變形等多種因素,無法真實反映材料本身的變形特性。
以下是引伸計在拉力試驗中具體起到的作用和重要性,主要體現在測量以下幾個關鍵材料參數上:
1.精確測量材料的彈性模量(楊氏模量,E)
為什么重要?彈性模量是材料抵抗彈性變形能力的度量,是材料最基本、最重要的力學性能參數之一,是工程設計中選擇材料的關鍵依據。
如何測量?計算彈性模量需要的是應力-應變曲線在彈性階段的斜率(E=σ/ε)。引伸計提供了極其精確的應變(ε)數據。沒有引伸計的高精度應變測量,就無法準確計算出可靠的彈性模量值。橫梁位移計算的“表觀應變"會嚴重低估真實的E值。
2.準確測定材料的屈服強度(Rp0.2)
為什么重要?屈服強度是材料開始發生明顯塑性變形的臨界應力值,是大多數結構件設計的極限載荷依據。
如何測量?對于沒有明顯屈服平臺的金屬材料(如鋁合金、高強鋼),通常采用“規定非比例延伸強度(Rp0.2)",即產生0.2%塑性應變時對應的應力。這個0.2%的微小塑性應變必須由引伸計來捕捉和定義。試驗機的控制系統會實時監控引伸計的信號,一旦檢測到達到設定的塑性應變值,就記錄下此時的載荷,從而計算出屈服強度。沒有引伸計,就無法自動、準確地找到這個點。
3.測量材料的泊松比(ν)
為什么重要?泊松比是指材料在受單向拉伸時,橫向應變與軸向應變的比值。它反映了材料在受力時的橫向變形行為,對于復雜應力狀態下的分析至關重要。
如何測量?這需要雙軸向引伸計,一個測量軸向變形,另一個同時測量橫向(徑向)變形。通過兩個方向的精確應變數據,才能計算出泊松比。
4.確定材料的斷裂伸長率(A)和斷面收縮率(Z)
雖然測量總伸長率可以在試樣斷裂后通過拼接來手動進行,但在試驗過程中使用引伸計可以:
實時記錄整個變形過程,包括均勻變形和頸縮后的局部變形。
在測試一些脆性材料或復合材料時,它們可能突然斷裂,手動測量困難且不準確,引伸計能提供客觀的記錄。
對于高性能測試,可以使用接觸式或非接觸式視頻引伸計跟蹤頸縮區域局部的應變,從而研究材料的失穩行為。
工作流程簡述:
1.安裝:試驗開始前,將引伸計小心地夾持在試樣的標準標距(例如50mm或25mm)上。
2.測量:試驗過程中,引伸計的刀口會緊緊跟隨試樣的變形,將其微小的伸長量轉換為電信號并實時傳輸給試驗機控制系統。
3.數據采集:控制系統同步采集載荷(來自力傳感器)和應變(來自引伸計)信號,繪制出精確的應力-應變曲線。
4.拆除:當材料屈服結束,進入塑性強化階段后(通常應變達到5%左右),為了防止試樣頸縮或斷裂時損壞精密的引伸計,需要將其及時拆除。后續的變形由拉伸試驗機的橫梁位移來記錄。