薛文瑞，艾兆春，劉玉波

(黑龍江華安精益計(jì)量技術(shù)研究院有限公司，黑龍江哈爾濱150046)

0 引言

試驗(yàn)機(jī)的力學(xué)性能檢定/校準(zhǔn)過程中，同軸度檢測項(xiàng)目一直占據(jù)著重要地位，對(duì)于使用者而言，力值和同軸度的準(zhǔn)確性是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要因素。所謂同軸度，是指試驗(yàn)機(jī)的試樣夾持裝置的上下夾具中心線與試驗(yàn)力軸線的重合程度，若同軸度指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)導(dǎo)致彈性模量、塑性延伸長度及脆性材料等相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重偏差。

1 檢定/校準(zhǔn)要求的對(duì)比分析

1.1 國標(biāo)同軸度檢定要求對(duì)比分析

國標(biāo)中對(duì)于同軸度檢定項(xiàng)目沒有作統(tǒng)一安排，而是按試驗(yàn)機(jī)的用途和種類區(qū)別對(duì)待。表1列舉了各型試驗(yàn)機(jī)的同軸度檢定要求。

表1 國標(biāo)同軸度檢定項(xiàng)目區(qū)分

同軸度檢定的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在不同的校準(zhǔn)環(huán)境下，試驗(yàn)機(jī)的同軸度均能體現(xiàn)良好的復(fù)現(xiàn)性。對(duì)于靜態(tài)試驗(yàn)設(shè)備，如拉伸試驗(yàn)機(jī)、應(yīng)力斷裂試驗(yàn)機(jī)和蠕變試驗(yàn)機(jī)等，在日常實(shí)驗(yàn)中，可以移動(dòng)或改變一些設(shè)置，因此國標(biāo)對(duì)于此型設(shè)備給予的同軸度誤差范圍較大;對(duì)于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)設(shè)備，如疲勞試驗(yàn)機(jī)等，在試驗(yàn)期間，一般不能改變或調(diào)整相關(guān)設(shè)置，因此其誤差范圍相對(duì)較小。

1.2 美標(biāo)的同軸度校準(zhǔn)分級(jí)

美標(biāo)ASTM E1012-14《Standard Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application》(以下簡稱E1012-14)中對(duì)于試驗(yàn)機(jī)的同軸度參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)一要求，規(guī)定了級(jí)別和最大允許誤差，表2列舉了E1012-14的校準(zhǔn)分級(jí)。對(duì)于應(yīng)變片式同軸度傳感器，利用每一個(gè)平面的應(yīng)變測量值，對(duì)試驗(yàn)機(jī)同軸度進(jìn)行評(píng)級(jí)，如果各平面的分級(jí)結(jié)果不一致，則取最大值為最終分級(jí)結(jié)果。此外，E1012-14還對(duì)額定極限和相對(duì)極限的交叉點(diǎn)(微應(yīng)變)作出了明確要求，5級(jí)時(shí)為2000微應(yīng)變，8級(jí)時(shí)為1250微應(yīng)變，10級(jí)時(shí)為1000微應(yīng)變。

表2 同軸度校準(zhǔn)分級(jí)

2 檢定/校準(zhǔn)內(nèi)容對(duì)比分析

2.1 檢定/校準(zhǔn)的負(fù)荷點(diǎn)選擇

2.1.1 國標(biāo)的負(fù)荷點(diǎn)選擇

國標(biāo)中對(duì)于同軸度檢定項(xiàng)目通常分兩種情況考慮:

當(dāng)試驗(yàn)機(jī)的量程不大于5 kN時(shí)，一般選擇重錘法進(jìn)行校驗(yàn)。拉伸空間應(yīng)不小于500 mm，在上受力中心處懸掛一重錘，重錘的中心應(yīng)處在以下受力中心為圓心的直徑2 mm的圈內(nèi)。

對(duì)于量程大于5 kN的試驗(yàn)機(jī)，采取同軸度測試儀進(jìn)行校驗(yàn)。負(fù)荷點(diǎn)一般選擇滿量程的4%，同時(shí)試驗(yàn)力的最大值不應(yīng)使試樣產(chǎn)生塑性變形，測量試樣相對(duì)兩側(cè)的彈性變形，在相互垂直的方向上各測量3次。蠕變試驗(yàn)機(jī)的負(fù)荷點(diǎn)一般為最大試驗(yàn)力的5%～30%。

2.1.2 美標(biāo)的負(fù)荷點(diǎn)選擇

E1012-14中對(duì)于試驗(yàn)機(jī)的量程沒有特殊說明，但對(duì)于彎曲驗(yàn)證點(diǎn)提出了具體要求——至少有一個(gè)彎曲驗(yàn)證點(diǎn)應(yīng)具有大于1000的軸向應(yīng)變微應(yīng)變。對(duì)于靜態(tài)試驗(yàn)設(shè)備，除零負(fù)荷外，一般選擇滿量程的10%，20%和40%;對(duì)于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)設(shè)備，除零負(fù)荷外，還應(yīng)有1000，2000和3000微應(yīng)變點(diǎn)。

2.2 檢定/校準(zhǔn)的試驗(yàn)力加載及數(shù)據(jù)記錄方式

國標(biāo)的同軸度檢定一般遵循以下步驟:首先將同軸度試樣夾持在夾具上，施加試驗(yàn)機(jī)記錄3次應(yīng)變測量值，誤差應(yīng)滿足表1要求。國標(biāo)中對(duì)于加載試驗(yàn)力有指示性說明，先加載至最大試驗(yàn)力的1%后，進(jìn)行同軸度指示裝置調(diào)零，再緩慢加載至最大試驗(yàn)力的4%，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以消除夾具間隙，使同軸度傳感器達(dá)到最佳校驗(yàn)狀態(tài)，示值相對(duì)更加準(zhǔn)確;而E1012-14中對(duì)于此項(xiàng)沒有特殊要求。

E1012-14的同軸度校驗(yàn)則相對(duì)復(fù)雜。對(duì)于應(yīng)變片式同軸度校準(zhǔn)裝置，首先要確認(rèn)同軸度傳感器是否處于正常線性狀態(tài)，如果異常，則須進(jìn)行缺陷修正;記錄零負(fù)荷點(diǎn)的應(yīng)變測量值，在數(shù)據(jù)處理過程中可不計(jì)算此點(diǎn)的彎曲百分率;然后至少在三個(gè)離散點(diǎn)上進(jìn)行加載，記錄應(yīng)變測量值，在這些離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集過程中，應(yīng)變片式同軸度傳感器上力的變化不應(yīng)超過1%。

2.3 同軸度傳感器的方位性

對(duì)于國標(biāo)同軸度檢定，沒有具體要求傳感器的方位性。

E1012-14中，對(duì)于扁平式同軸度傳感器，需要記錄0°和180°兩個(gè)方位的應(yīng)變測量值;對(duì)于圓棒式同軸度傳感器，一般采取0°，90°，180°和270°四個(gè)方位采集。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是能更好的獲取應(yīng)變片式傳感器的重復(fù)性信息，同時(shí)提高同軸度測量的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)現(xiàn)行國標(biāo)和美標(biāo)(ASTM E1012-2014)中同軸度檢測項(xiàng)目的差異進(jìn)行了對(duì)比分析與解釋。國標(biāo)和美標(biāo)對(duì)于同軸度檢測方法的要求各有側(cè)重點(diǎn)，但檢測目標(biāo)的相似性會(huì)促使兩者的修訂版中出現(xiàn)相互補(bǔ)足和借鑒的地方，也會(huì)對(duì)同軸度校準(zhǔn)規(guī)范的國際統(tǒng)一性產(chǎn)生推動(dòng)作用。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 475-2008電子式萬能試驗(yàn)機(jī)［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2008.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 139-2014拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2014.

［3］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 556-2011軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2011.

［4］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 276-2009高溫蠕變、持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)［S］.北京:中國計(jì)量出版社，2009.

［5］ASTM.ASTM E1012-2014 Standard Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application［S］.2014.

［6］國防科工委科技與質(zhì)量司.力學(xué)計(jì)量:上冊［M］.北京:原子能出版社，2002.