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拉伸試件時,位移控制,應變控制和力控制有什么區(qū)別?

閱讀:7297        發(fā)布時間:2020-3-27

控制模式對于拉伸實驗是有很大影響的。

首先了解一下這三種控制模式的涵意:

1.位移控制:也就是控制單位時間的試件拉伸變形總量。一般是控制加載頭的作動位移速率,說白了就是控制“拉車的跑多快”;

2.應力控制:也就是控制單位時間的應力增加量。一般通過控制加載頭上的荷載增加速率實現(xiàn),說白了就是控制“拉車的出多大力”;

3.應變控制:也就是控制單位時間的局部應變增加量,一般需要加載頭和應變計配合實現(xiàn),有點像控制“坐車的感覺有多飄逸”。

老式的液壓試驗機一般通過控制進油/出油的閥門大小,以及配合試驗人員的“眼力”和“手感”實現(xiàn),因此一般只能實現(xiàn)前兩種加載模式。而現(xiàn)在伺服試驗系統(tǒng)已經(jīng)很普及了,液壓閥門的控制*交給了電腦和傳感器,這三種控制模式都可以很輕松的實現(xiàn),但第三種控制模式還涉及到應變測量系統(tǒng)和試驗機控制系統(tǒng)之間的循環(huán)反饋問題,所以實現(xiàn)起來還是有點技術含量的。

那三種加載模式測量的結果究竟有什么區(qū)別呢?這個要看測量對象的具體情況。

對一般的應變硬化類材料(應力和應變基本呈單調(diào)的正相關,如大多數(shù)金屬),這三種加載方式測量得到的結果基本沒差

但對于存在應變軟化行為的材料(應力隨著應變增加反而減小,如塑料、混凝土),這三種控制模式的差別就很明顯了。

因為對于這類材料,其應力通過頂點后繼續(xù)增加是沒可能了,因此應力控制在接近和到達頂點后就失效了,加載系統(tǒng)*失去了控制,“剎不住車了”,帶來的結果是試件發(fā)生突然的破壞,測到的結果只有有限幾個數(shù)據(jù)點(往往也是不可靠的,不是材料行為的真實反映)。

而此時如果采用位移加載,因為材料通過頂點后總變形還是在增加的,因此通過頂點后試驗機還是能夠有效的控制,所以試件就不會突然的破壞,可以穩(wěn)定加載到應力為零,應力-應變曲線的后半段就測出來了。

但碰到一些難對付的對象,應變軟化行為過于劇烈(通過峰值點后應力迅速下降,如脆性巖石),因為往往伴隨有“應變局部化”現(xiàn)象(也就是中間變形增大,兩端變形減?。?,總變形在通過峰值點后可增加的量其實有限,甚至是幾乎不增加,因此通過位移控制也沒辦法很好的測得穩(wěn)定的實驗曲線了,這個時候就只有借助于應變控制來實現(xiàn)。

應變控制通過傳感器監(jiān)測試樣局部的變形,把信號反饋給試驗機,試驗機根據(jù)這一信號決定“是拉、是放還是再等等”,因此形成一個閉環(huán)控制,能夠更加穩(wěn)定的測量到試件的峰后破壞曲線,即便試件的應變軟化行為有些“超級”。但這一過程的實現(xiàn)也是有前提的,一是傳感器的信號要準確,要能反應到試件的局部變形信息,一旦夾偏了測到變形恢復的位置,應變控制還是要失控的;二是試驗機的剛度和反饋速度要足夠大,這樣才能保證破壞段的穩(wěn)定加載。

總結一下,就是測量之前好好了解一下被測對象的一般力學行為,有針對性的選擇加載模式,這對測得有效的實驗數(shù)據(jù)十分重要。

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