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一文讀懂材料力學(xué)測試中的試樣尺寸測量

更新時(shí)間:2024-05-20瀏覽:326次

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在日常測試中,除了設備本身的精度參數外,您是否考慮過(guò)試樣尺寸測量對測試結果帶來(lái)的影響?本文將結合標準及具體案例,對一些常見(jiàn)材料的尺寸測量給出一些建議。


01


試樣尺寸測量誤差對測試結果影響到底有多大?


此問(wèn)題取決于兩點(diǎn)。


第一,該誤差造成的相對誤差到底有多大。比如同樣是 0.1mm 的誤差,對于 10mm 的尺寸,誤差為 1%,對于 1mm 的尺寸,誤差則達到 10%;


第二,該尺寸對于結果的影響有多大。對于彎曲強度計算公式,寬度對結果是一次方的影響,而厚度對結果的影響則是二次方的影響,相對誤差相同的情況下,厚度對結果的影響更大。


如下實(shí)際案例,彎曲測試樣條標準寬度和厚度分別為 10mm 和 4mm,此時(shí)彎曲模量為 8956MPa,當輸入真實(shí)試樣尺寸,寬度和厚度分別為 9.90mm 和 3.90mm 時(shí),彎曲模量變?yōu)?9741MPa,增加了將近 9%。


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02


常見(jiàn)的試樣尺寸測量設備性能如何?


目前比較常見(jiàn)的尺寸測量設備,主要為千分尺、卡尺、測厚儀等。

普通的千分尺一般量程不超過(guò) 30mm,分辨率 1μm,最大示值誤差 ±(2~4)μm 左右。高精度的千分尺分辨率可達到 0.1μm,最大示值誤差 ±0.5μm。

千分尺內置了一個(gè)恒定測量力值,每次測量都能在恒定接觸力的情況下得到測量結果,適用于硬質(zhì)材料的尺寸測量。

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常規的卡尺量程一般不超過(guò) 300mm,分辨率 0.01mm,最大示值誤差 ±0.02~0.05mm 左右。部分大型卡尺量程可達到 1000mm,但誤差也會(huì )增加。

卡尺的卡緊力值取決于操作員的操作,同一個(gè)人的測量結果一般比較穩定,不同人之間的測量結果會(huì )有一定差距,適用于硬質(zhì)材料的尺寸測量以及部分大尺寸軟質(zhì)材料的尺寸測量。

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測厚儀的行程、精度和分辨率一般和千分表差不多。此類(lèi)設備也能提供一個(gè)恒定的壓力,但壓力可以通過(guò)改變頂部的負載來(lái)調整。一般來(lái)說(shuō),此類(lèi)設備適合測量軟質(zhì)材料。

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03


如何選擇合適的試樣尺寸測量設備?


選擇尺寸測量設備的核心是確保能獲得有代表性的、重復性高的測試結果。首先我們要考慮的是基本參數:量程精度。此外,例如千分尺、卡尺等常用的尺寸測量設備都屬于接觸式測量設備,對于一些特殊形狀或者軟質(zhì)樣品,我們還應考慮測頭形狀以及接觸力的影響。實(shí)際上,不少標準都對尺寸測量設備提出了相應的要求:


ISO 16012:2015 規定了對于注塑樣條,可使用千分尺或者千分表式厚度計測量注塑試樣的寬度和厚度;對于機加工的試樣,還可使用卡尺和非接觸測量設備。對于 <10mm 的尺寸測量結果,要確保精度在 ±0.02mm 以?xún)?,對?≥10mm 的尺寸測量結果,精度要求為 ±0.1mm。


GB/T 6342 規定了泡沫塑料和橡膠的尺寸測量方法。對于部分樣品,允許使用千分尺以及卡尺,但嚴格規定了千分尺和卡尺的使用方法避免樣品受很大的力,造成測量結果不準確。此外對于厚度 <10mm 的試樣,標準還推薦使用測微計,但對接觸應力做了嚴格的要求,為 100±10Pa。


GB/T 2941 則規定了橡膠樣品的尺寸測量方法,值得指出的是對于厚度  <30mm 的試樣,標準規定了測頭的形狀為直徑 2mm~10mm 的圓形平面壓足,對于硬度 ≥35 IRHD 的樣品,施加的負載為 22±5kPa,對于硬度 <35 IRHD 的樣品,施加的負載為 10±2kPa。



04


一些常見(jiàn)材料可推薦哪些測量設備?


  • 對于塑料拉伸樣條,推薦千分尺測量寬度和厚度;

  • 對于缺口沖擊樣條,可用千分尺或分辨率1μm的測厚儀測量,但測頭底部圓弧半徑不超過(guò) 0.10mm;

  • 對于薄膜樣品,推薦分辨率優(yōu)于1μm的測厚儀測量厚度;

  • 對于橡膠拉伸樣品,推薦測厚儀測量厚度,但要注意測頭面積和負載;

  • 對于較薄的發(fā)泡材料,推薦專(zhuān)用測厚儀測量厚度。



05


除了設備選擇,尺寸測量還有哪些注意事項?


有些試樣的測量位置要考慮能代表試樣的真實(shí)尺寸。

例如注塑成型的彎曲樣條,樣條側面會(huì )存在一個(gè)不大于 1° 的脫模角,因此寬度的最大最小值之間的誤差能達到 0.14mm。


此外注塑試樣會(huì )存在熱收縮,在試樣中間測量和邊緣測量會(huì )存在較大差異,因此相關(guān)標準也會(huì )規定測量的位置。例如 ISO 178 要求試樣寬度的測量位置為厚度中心線(xiàn) ±0.5mm 的位置,厚度測量位置為寬度中心線(xiàn) ±3.25mm 的位置。



在確保尺寸測量無(wú)誤外,還應注意防止人為輸入錯誤引起的誤差。


對于本文提到的千分尺、卡尺、測厚儀等設備,Instron 所有試驗系統均支持一鍵導入尺寸測量結果,避免人為輸入誤差。


以上便是關(guān)于材料力學(xué)測試中試樣尺寸測量的主要內容。力學(xué)測試中的每一個(gè)細節都關(guān)乎測試結果的準確性,如何選擇正確的試樣尺寸測量設備同樣至關(guān)重要。


如您有任何關(guān)于試樣尺寸測量的疑問(wèn),歡迎在下方留言共同討論!






 

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