拉力試驗機拉力測試速度和拉力的關系

拉力試驗機在測試過程中，拉力（載荷）與測試速度的關系并非簡單的線性關聯，而是受材料特性、測試階段和控制模式的綜合影響。以下是系統解析：

FR發瑞拉力試驗機

一、核心關系總結

材料類型速度對拉力的影響規律典型表現示例

金屬材料速度↑ → 拉力↑（應變速率強化效應）低碳鋼：速度從1→50 mm/min，屈服強度提升10%~20%

塑料/橡膠速度↑ → 拉力先↑后↓（黏彈性行為）PP塑料：速度過快時分子鏈斷裂，拉力下降

脆性材料速度影響小，但過快會直接斷裂陶瓷：速度變化對峰值拉力無顯著影響

復合材料取決于基體與增強相的相互作用碳纖維：速度↑可能導致界面脫粘，拉力波動

二、科學機理分析

1. 應變速率效應（金屬主導）

K,n：材料常數（如低碳鋼n≈0.2）

物理意義：速度越快，位錯運動受阻越嚴重，材料表現更“硬”。

2. 黏彈性行為（高分子主導）

能量耗散：高速下分子鏈來不及解纏，彈性響應增強，拉力上升；

溫升軟化：持續高速變形導致局部發熱，材料軟化，拉力下降（見圖1）。

3. 測試階段差異

彈性階段：速度對拉力影響極小（胡克定律區）。

塑性階段：速度影響顯著（如金屬頸縮后需加速維持恒定力）。

三、操作影響與標準參考

1. 速度選擇依據

標準推薦速度范圍適用材料

ISO 6892-1應變速率0.00025~0.0025 s?1金屬

ASTM D6381~500 mm/min塑料

GB/T 1040.15~50 mm/min通用塑料

2. 設備控制模式

位移控制：固定速度，拉力隨材料響應變化（常用）。

力控制：固定拉力，速度自動調節（易出現速度突變）。

應變控制：通過引伸計反饋實時調整速度（高精度需求）。

四、工程應用建議

金屬測試

低速（1~5 mm/min）：精確測量屈服點。

高速（50~100 mm/min）：模擬沖擊工況，但需修正數據。

塑料測試

避免速度＞100 mm/min（除非特殊要求），防止熱軟化干擾。

設備保護

設置力值上限（如120%量程自動停機），防止高速過載。

五、常見問題解答

Q：為什么同一材料在不同速度下斷裂拉力不同？

→ 速度改變材料變形機制（如金屬位錯增殖、高分子鏈斷裂方式）。

Q：如何選擇優測試速度？

→ 三步法：

查閱材料標準（如ISO/ASTM）；

預實驗驗證數據穩定性；

固定速度進行正式測試。