材料力学拉力实验中产生误差的原因有哪些？

Question

如题所述

Answer 1

在材料力学中拉伸试验结果产生的误差原因有哪些
拉伸试验是在对金属材料产品质量进行检测和评定过程中使用的最广泛的实验。但是，有很多因素都可以影响拉伸试验的结果，只有明确了具体的影响因素，才能针对这些影响因素进行具体分析。根据研究分析结果制定实验相关操作规定和试验流程，才能保证实验结果的真实性和精确性。
1.取样以及试样制备对实验结果的影响
1.1.取样部位的影响
从金属材料的不同位置取样获得的实验样本，其力学性能往往存在一些差异，例如圆钢40mm其中心处的抗拉强度低于1/4处的抗拉强度，且断后拉伸率也存在差别，可见取样部位对实验结果有着不可忽视的影响。由于金属材料在铸造形成、加工过程中，成分、内部组织结构、冶金缺陷、加工变形分布不均，因此使得同一批，甚至同一产品的不同部位的力学性能出现了差异。因此在取样时应严格按标准进行，以避免实验结果出现偏差造成误判。
1.2.取样方向的影响
取样方向的差异会直接影响金属材料拉伸试验的断后伸长率、屈服强度以及抗拉强度等各项性能指标，尤其是断后伸长率受到的影响更大。若采取横向取样，则依照有关标准，试验之后的断后伸长率则不能够达标。通常垂直于轧制方向，则金属力学性能则可能不达标；平行于轧制方向，则金属力学性能良好。
1.3.试样的形状、尺寸的影响
同一材料同一状态的金属材料，如果截面形状不同，测得的结果对屈服强度中的上屈服强度ReH影响大，对下屈服强度ReH影响小。矩形试样的工作长度部分的对称度，圆形试件的工作部分轴线与夹头部分的轴线不同心，都会在拉伸时产生偏心力，产生附加弯曲应力，使强度和伸长率均降低。
试样的尺寸的大小对试验结果的影响是，同一材料同一状态的金属材料试样，大横截面积（大尺寸）的试样的抗拉强度较小尺寸的低，而且塑性指标也下降。
1.4.试样制备方法的影响
切取样坯时必须防止因受热、加工硬化及变形而影响其力学性能。切取样坯时应留有足够的机加工余量，一般应不少于钢材直径和厚度，但最小不少于20mm，这样机加工试样时，可以把受热或冷加工硬化的部分完全去除掉，以免影响性能的测定。从样坯机加工成试样，一般通过车、铣、刨、磨等机加工，但车削、切削和磨削的深度和走刀速度及润滑冷却均应适当，以防止发生因受热或冷加工硬化而影响材料的性能。
2.实验设备和测试仪器对实验结果的影响
2.1.试验设备
试验机与引伸计是金属材料拉伸试验中常用的两种试验设备。其中，前者主要用来向试件施加作用力，同时测量作用力数值；后者主要用来进行位移或者延伸的测定。以上两种试验设备将会直接影响试验结果数值的准确信和真实性。所以，试验时必须要确保试验机与引伸计在检定合格的有效期之内。另外，需要注意的是，如果试样加偏、加歪、试样弯曲、不平直等都是引起受力不同轴的因素，进而影响测量结果。
2.2.测量仪器方面
尺寸测量仪和量具是在金属材料拉伸试验过程当中最为常用的测量仪器，要求这些测量仪器的精度必须符合试验要求。其中，对测量准确度影响最大的因素主要是量具分辨力；除此之外，测量时的压力值、量具砧面污染以及量具零点等因素也会试验时的数量测量精度产生影响。所以，在进行试验之前，必须要对各种测量仪器进行校验，同时保持量具的清洁干净。
3.夹持方法对实验结果的影响
拉伸试验检测中夹持方法非常重要，如果试样夹不住，试验则无法进行；如果加持方法不合理，则会实验结果出现较大误差。在进行拉伸试验时，常出现试样常因应力集中而断在加持部分或标距外的过渡区，导致实验失败的现象。试验机的加载轴线应与试样的几何中心一致，如果不一致，会造成偏心加载而产生弯曲。一般不允许对试样施加偏心力，因为力的偏心容易使试验力与试样轴线产生明显偏移；拉伸夹具选用不当会使试样产生附加弯曲应力，从而使结果产生误差，同时拉伸夹具选用不当也极易引起拉伸试样打滑或断在钳口内，导致实验数据不准确或实验数据偏低。总之，加载系统、试样几何形状尺寸以及非均质试样都可能引起偏心加载，要尽量减少这些偏心效应。
4.试验环境温度对实验结果的影响
即使是普通的金属材料，实验环境的温度不同实验结果也不尽相同，尤其是一些温度敏感性较高的金属材料，受温度的影响更为明显。通常情况下，温度越高，则金属材料的强度性能指标则越低，同时塑性性能指标越高。所以，如果金属材料对温度敏感，则需要利用温度系数进行修正。对于常规试验而言，试验时的环境温度应该控制在10℃～35℃之间。在该环境温度下，如果采用高精度传感器或者金属材料特殊，则需要认真考虑温度因素，如果需要，则应该进行必要的修正。
5.人为因素对实验结果的影响
在拉伸试验中试样的横截面积非常关键，但是在一些产品的标准说明上会明确规定其拉伸的试验横截面积，并且要按照名义尺寸的横截面积规定要求。在产品的标准当中如果没有特殊的规定，就必须要遵循国家标准要求，对其实际尺寸进行测量。但是如果都是按照名义的尺寸去计算其横截面积，所测试的得出的结果则会受到一定的影响，甚至把合格强度的测为不合格的，存在把不合格测定为合格的情况。
且拉伸试样时必须要按照直径的大小来选择外径的千分尺以及游标卡尺等。一旦应用的测量方法不够精准，则会影响到人为的尺寸在进行测量时出偏大，甚至给强度测试出现偏低的测量结果。如果当量具的测量面和试样轴线出现垂直时，所测量得到的结果就是 d1>d0。在实际操作光圆拉伸试验中，外径以及在薄板的矩形拉伸试样，由于外径千分尺测量同一圈就0.5mm，如果不注意的话就很容易看错一圈，将外径千分尺测量时的数据读成0.5mm，这就造成测量结果不准确的现象。通常如果操作的技术以及在主观因素下出现不同情况时，则会给测量的结果造成一定的误差。即使在相同条件下，由不同人员进行拉伸试验操作，实验结果多少也存在一些差异。
总结：
以上总结的五方面不同因素对于金属材料拉伸试验检测结果的影响是不同的。在实际检测中为了确保实验数据的准确，必须尽量减小各种因素的影响。因此要针对各种影响因素制定各种操作流程规定，保证试验方法正确。

Answer 2

材料力学拉力实验中可能产生误差的原因有很多，其中一些主要的因素包括：

设备误差： 测试设备本身可能存在一定的误差，例如传感器的精度、拉力计的灵敏度等。这些误差可能会直接影响实验结果的准确性。

环境条件： 温度、湿度等环境条件的变化也可能对实验结果产生影响。这些因素可能导致材料的性质发生变化，从而引入误差。

人为误差： 操作人员的技能水平和实验操作的一致性也是一个潜在的误差来源。不同的操作者可能在样品夹持、加载等方面存在差异，影响实验的重复性和可比性。

试样准备： 材料试样的制备过程可能存在误差，例如试样的几何形状、尺寸的测量误差等。这些误差会直接影响到实验结果。

变形测量误差： 在拉力实验中，通常通过测量试样的变形来确定应力和应变。变形测量设备的误差，如应变计的精度和灵敏度，也可能引入误差。

加载速率： 实验中加载速率的选择可能影响材料的力学行为，特别是在材料表现出非线性行为的情况下。选择不当的加载速率可能导致误差。

试样的不均匀性： 如果试样的材料性质在空间上不均匀，例如存在内部缺陷或异质性，那么实验结果可能受到这些因素的影响。

仪器校准： 测试仪器的校准是确保准确实验结果的关键。如果仪器没有经过适当的校准，就可能引入误差。

在进行拉力实验时，研究人员应该尽量控制这些因素，采取适当的措施来减小误差，以确保实验结果的准确性和可靠性。

Answer 3

材料力学拉力实验中产生误差的原因主要有以下几个方面：

1.实验设备和仪器的影响：设备的精度和校准情况、测量仪器的分辨率和灵敏度等都会对实验结果产生影响。如果设备存在误差或未正确校准，那么实验结果也会相应地出现误差。

2. 试样制备和处理的影响：试样的制备和处理过程中，如切割、研磨、热处理等，都可能引入误差。例如，试样的尺寸、形状、表面光洁度等不符合要求，或者试样存在内部缺陷、残余应力等，都会对实验结果产生影响。 

3. 实验操作和环境的影响：实验操作过程中的温度、湿度、振动等因素都可能对实验结果产生影响。此外，实验人员的操作技巧、熟练程度等也会对实验结果产生影响。 

4. 实验方法和参数的影响：实验方法和参数的选择也会对实验结果产生影响。例如，加载速度、加载方式、测量方法等不同，可能会导致实验结果的不同。 

为了减小误差，可以采取以下措施： 

使用高精度、高稳定性的设备和仪器，并定期进行校准和维护。

严格按照标准制备和处理试样，确保试样的质量符合要求。

控制实验环境和条件，如温度、湿度等，并尽可能减小振动等干扰因素。

选择合适的实验方法和参数，并进行充分的预实验和验证。

总之，材料力学拉力实验中产生误差的原因是多方面的，需要从设备、试样、环境、操作等方面综合考虑，并采取相应的措施来减小误差。