在日常測試中,除了設(shè)備本身的精度參數(shù)外,您是否考慮過試樣尺寸測量對測試結(jié)果帶來的影響?本文將結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)及具體案例,對一些常見材料的尺寸測量給出一些建議。
試樣尺寸測量誤差對測試結(jié)果影響到底有多大?
此問題取決于兩點(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(dá)到 10%;
第二,該尺寸對于結(jié)果的影響有多大。對于彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式,寬度對結(jié)果是一次方的影響,而厚度對結(jié)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(jié)果的影響更大。
如下實(shí)際案例,彎曲測試樣條標(biāo)準(zhǔn)寬度和厚度分別為 10mm 和 4mm,此時(shí)彎曲模量為 8956MPa,當(dāng)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%。
常見的試樣尺寸測量設(shè)備性能如何?
目前比較常見的尺寸測量設(shè)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 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(dá)到 0.1μm,最大示值誤差 ±0.5μm。
千分尺內(nèi)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(jié)果,適用于硬質(zhì)材料的尺寸測量。
常規(guī)的卡尺量程一般不超過 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(dá)到 1000mm,但誤差也會增加。
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(jié)果一般比較穩(wěn)定,不同人之間的測量結(jié)果會有一定差距,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。
測厚儀的行程、精度和分辨率一般和千分表差不多。此類設(shè)備也能提供一個(gè)恒定的壓力,但壓力可以通過改變頂部的負(fù)載來調(diào)整。一般來說,此類設(shè)備適合測量軟質(zhì)材料。
如何選擇合適的試樣尺寸測量設(shè)備?
選擇尺寸測量設(shè)備的核心是確保能獲得有代表性的、重復(fù)性高的測試結(jié)果。首先我們要考慮的是基本參數(shù):量程和精度。此外,例如千分尺、卡尺等常用的尺寸測量設(shè)備都屬于接觸式測量設(shè)備,對于一些特殊形狀或者軟質(zhì)樣品,我們還應(yīng)考慮測頭形狀以及接觸力的影響。實(shí)際上,不少標(biāo)準(zhǔn)都對尺寸測量設(shè)備提出了相應(yīng)的要求:
ISO 16012:2015 規(guī)定了對于注塑樣條,可使用千分尺或者千分表式厚度計(jì)測量注塑試樣的寬度和厚度;對于機(jī)加工的試樣,還可使用卡尺和非接觸測量設(shè)備。對于 <10mm 的尺寸測量結(jié)果,要確保精度在 ±0.02mm 以內(nèi),對于 ≥10mm 的尺寸測量結(jié)果,精度要求為 ±0.1mm。
GB/T 6342 規(guī)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(yán)格規(guī)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(jié)果不準(zhǔn)確。此外對于厚度 <10mm 的試樣,標(biāo)準(zhǔn)還推薦使用測微計(jì),但對接觸應(yīng)力做了嚴(yán)格的要求,為 100±10Pa。
GB/T 2941 則規(guī)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(fù)載為 22±5kPa,對于硬度 <35 IRHD 的樣品,施加的負(fù)載為 10±2kPa。
一些常見材料可推薦哪些測量設(shè)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 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(fù)載;
對于較薄的發(fā)泡材料,推薦專用測厚儀測量厚度。
除了設(shè)備選擇,尺寸測量還有哪些注意事項(xiàng)?
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(cè)面會存在一個(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(dá)到 0.14mm。
此外注塑試樣會存在熱收縮,在試樣中間測量和邊緣測量會存在較大差異,因此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也會規(guī)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 ±0.5mm 的位置,厚度測量位置為寬度中心線 ±3.25mm 的位置。
在確保尺寸測量無誤外,還應(yīng)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(shè)備,Instron 所有試驗(yàn)系統(tǒng)均支持一鍵導(dǎo)入尺寸測量結(jié)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(nèi)容。力學(xué)測試中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都關(guān)乎測試結(jié)果的準(zhǔn)確性,如何選擇正確的試樣尺寸測量設(shè)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,歡迎在下方留言共同討論!
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
立即詢價(jià)
您提交后,專屬客服將第一時(shí)間為您服務(wù)