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     摘要：由于材料種類(lèi)繁多，性能差異很大，彈性階段 與塑性階段的過(guò)渡情況很復雜，通過(guò)和殘余應力等指標作為材料彈性階段與塑性階段的轉折點(diǎn)的指標來(lái)反應材料的過(guò)渡過(guò)程的性能，其中屈服點(diǎn)與非比例應力是Z常 用的指標。本文針對這些分別對這兩個(gè)指標進(jìn)行分析，首先講訴的是屈服點(diǎn)的情況。

     由于材料種類(lèi)繁多，性能差異很大，彈性階段 與塑性階段的過(guò)渡情況很復雜，通過(guò)和殘余應力等指標作為材料彈性階段與塑性階段的轉折點(diǎn)的指標來(lái)反應材料的過(guò)渡過(guò)程的性能，其中屈服點(diǎn)與非比例應力是Z常 用的指標。雖然屈服點(diǎn)與非比例應力同是反應材料彈性階段與塑性階段“轉折點(diǎn)”的指標，但它們反應了不同過(guò)渡階段特性的材料的特點(diǎn)，因此它們的定義不同，求 取方法不同，所需設備也不*相同。因此筆者將分別對這兩個(gè)指標進(jìn)行分析。本文首先分析屈服點(diǎn)的情況：

從上面的描述，可以看出準 確求取屈服點(diǎn)在材料力學(xué)性能試驗中是非常重要的，在許多的時(shí)候，它的重要性甚至大于材料的極限強度值（極限強度是所有材料力學(xué)性能必需求取的指標之一）， 然而非常準確的求取它，在許多的時(shí)候又是一件不太容易的事。它受到許多因素的制約，歸納起來(lái)有：

1.夾具的影響；

2.試驗機測控環(huán)節的影響；

3.結果處理軟件的影響；

4.試驗人員理論水平的影響等。

這其中的每一種影響都包含了不同的方面。下面逐一進(jìn)行分析

　　一、夾具的影響
　　
這類(lèi)影響在試驗中發(fā)生的機率較高，主要表現為試樣夾持部分打滑或試驗機某些力值傳遞環(huán)節間存在較大的間隙等因素，它在舊機器上出現的概率較大。由于機器 在使用一段時(shí)間后，各相對運動(dòng)部件間會(huì )產(chǎn)生磨損現象，使得摩擦系數明顯降低，Z直觀(guān)的表現為夾塊的鱗狀尖峰被磨平，摩擦力大幅度的減小。當試樣受力逐漸增 大達到Z大靜摩擦力時(shí)，試樣就會(huì )打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現象。如果以前使用該試驗機所作試驗屈服值正常，而現在所作試驗屈服值明顯偏低，且在某些較硬或者 較脆的材料試驗時(shí)現象尤為明顯，則一般應首先考慮是這一原因。這時(shí)需及時(shí)進(jìn)行設備的大修，消除間隙，更換夾塊。

二、試驗機測控環(huán)節的影響
　　
試驗機測控環(huán)節是整個(gè)試驗機的核心，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，目前這一環(huán)節基本上采用了各種電子電路實(shí)現自動(dòng)測控。由于自動(dòng)測控知識的深奧，結構的復雜，原理的 不透明，一旦在產(chǎn)品的設計中考慮不周，就會(huì )對結果產(chǎn)生嚴重的影響，并且難以分析其原因。針對材料屈服點(diǎn)的求取Z主要的有下列幾點(diǎn)：

　1、傳感器放大器頻帶太窄

　 　由于目前試驗機上所采用的力值檢測元件基本上為載荷傳感器或壓力傳感器，而這兩類(lèi)傳感器都為模擬小信號輸出類(lèi)型，在使用中必須進(jìn)行信號放大。*， 在我們的環(huán)境中，存在著(zhù)各種各樣的電磁干擾信號，這種干擾信號會(huì )通過(guò)許多不同的渠道偶合到測量信號中一起被放大，結果使得有用信號被干擾信號淹沒(méi)。為了從 干擾信號中提取出有用信號，針對材料試驗機的特點(diǎn)，一般在放大器中設置有低通濾波器。合理的設置低通濾波器的截止頻率，將放大器的頻帶限制在一個(gè)適當的范 圍，就能使試驗機的測量控制性能得到極大的提高。然而在現實(shí)中，人們往往將數據的穩定顯示看的非常重要，而忽略了數據的真實(shí)性，將濾波器的截止頻率設置的 非常低。這樣在充分濾掉干擾信號的同時(shí)，往往把有用信號也一起濾掉了。在日常生活中，我們常見(jiàn)的電子秤，數據很穩定，其原因之一就是它的頻帶很窄，干擾信 號基本不能通過(guò)。這樣設計的原因是電子秤稱(chēng)量的是穩態(tài)信號，對稱(chēng)量的過(guò)渡過(guò)程是不關(guān)心的，而材料試驗機測量的是動(dòng)態(tài)信號，它的頻譜是非常寬的，若頻帶太 窄，較高頻率的信號就會(huì )被衰減或濾除，從而引起失真。對于屈服表現為力值多次上下波動(dòng)的情況，這種失真是不允許的。就材料試驗機而言，筆者認為這一頻 帶Z小也應大于10HZ，達到30HZ。在實(shí)際中，有時(shí)放大器的頻帶雖然達到了這一范圍，但人們往往忽略了A/D轉換器的頻帶寬度，以至于造成了實(shí)際 的頻帶寬度小于設置頻寬。以眾多的試驗機數據采集系統選用的AD7705、AD7703、AD7701等為例。當A/D轉換器以“Z高輸出數據速率 4KHZ”運行時(shí)，它的模擬輸入處理電路達到Z大的頻帶寬度10HZ。當以試驗機Z常用的100HZ的輸出數據速率工作時(shí)，其模擬輸入處理電路的實(shí)際帶寬 只有0.25HZ，這會(huì )把很多的有用信號給丟失，如屈服點(diǎn)的力值波動(dòng)等。用這樣的電路當然不能得到正確試驗結果。

　2、數據采集速率太低
　　
目前模擬信號的數據采集是通過(guò)A/D轉換器來(lái)實(shí)現的。A/D轉換器的種類(lèi)很多，但在試驗機上采用Z多的是∑－△型A/D轉換器。這類(lèi)轉換器使用靈活，轉 換速率可動(dòng)態(tài)調整，既可實(shí)現高速低精度的轉換，又可實(shí)現低速高精度的轉換。在試驗機上由于對數據的采集速率要求不是太高，一般達每秒幾十次到幾百次就可滿(mǎn) 足需求，因而一般多采用較低的轉換速率，以實(shí)現較高的測量精度。但在某些廠(chǎng)家生產(chǎn)的試驗機上，為了追求較高的采樣分辨率，以及*的數據顯示穩定性，而將 采樣速度降的很低，這是不可取的。因為當采樣速度很低時(shí)，對高速變化的信號就無(wú)法實(shí)時(shí)準確采集。例如金屬材料性能試驗中，當材料發(fā)生屈服而力值上下波動(dòng)時(shí) 信號變化就是如此，以至于不能準確求出上下屈服點(diǎn)，導致試驗失敗，結果丟了西瓜撿芝麻。

那么如何判斷一個(gè)系統的頻帶寬窄以及采樣速率的高低呢？

嚴格來(lái)說(shuō)這需要許多的HY-1080人員來(lái)完成。但通過(guò)下面介紹的簡(jiǎn)單方法，可做出一個(gè)定性的認識。當一個(gè)系統的采樣分辨率達到幾萬(wàn)分之一以上，而 顯示數據依然沒(méi)有波動(dòng)或顯示數據具有明顯的滯后感覺(jué)時(shí)，基本可以確定它的通頻帶很窄或采樣速率很低。除非特殊場(chǎng)合（如：校驗試驗機力值精度的高精度標定 儀），否則在試驗機上是不可使用的。

　3、控制方法使用不當
　　
針對材料 發(fā)生屈服時(shí)應力與應變的關(guān)系（發(fā)生屈服時(shí)，應力不變或產(chǎn)生上下波動(dòng)，而應變則繼續增大）國標推薦的控制模式為恒應變控制，而在屈服發(fā)生前的彈性階段控制模 式為恒應力控制，這在絕大多數試驗機及某次試驗中是很難完成的。因為它要求在剛出現屈服現象時(shí)改變控制模式，而試驗的目的本身就是為了要求取屈服點(diǎn)，怎么 可能以未知的結果作為條件進(jìn)行控制切換呢？所以在現實(shí)中，一般都是用同一種控制模式來(lái)完成整個(gè)的試驗的（即使使用不同的控制模式也很難在上屈服點(diǎn)切換，一 般會(huì )選擇超前一點(diǎn)）。對于使用恒位移控制（速度控制）的試驗機，由于材料在彈性階段的應力速率與應變速率成正比關(guān)系，只要選擇合適的試驗速度，全程采用速 度控制就可兼容兩個(gè)階段的控制特性要求。但對于只有力控制一種模式的試驗機，如果試驗機的響應特別快（這是自動(dòng)控制努力想要達到的目的），則屈服發(fā)生的過(guò) 程時(shí)間就會(huì )非常短，如果數據采集的速度不夠高，則就會(huì )丟失屈服值（原因第2點(diǎn)已說(shuō)明），優(yōu)異的控制性能反而變成了產(chǎn)生誤差的原因。所以在選擇試驗機及控制 方法時(shí)不要選擇單一的載荷控制模式。

　三、結果處理軟件的影響

　　目 前生產(chǎn)的試驗機絕大部分都配備了不同類(lèi)型的計算機（如PC機，單片機等）），以完成標準或用戶(hù)定義的各類(lèi)數據測試。與過(guò)去廣泛采用的圖解法相比有了非常大 的進(jìn)步。然而由于標準的滯后，原有的部分定義，就顯得不夠明確。如屈服點(diǎn)的定義，HY-20080解釋?zhuān)鴽](méi)有定量的說(shuō)明，很不適應計算機自動(dòng)處理的需求。這就 造成了：

1、判斷條件的各自設定
　　
就屈服點(diǎn)而言（以金屬拉伸GB/T228-2002為例）標準是這樣定義的：

“屈服強度：當金屬材料呈現屈服現象時(shí)，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力點(diǎn)，應區分上屈服強度和下屈服強度。

上屈服強度：試樣發(fā)生屈服而力下降前的Z高應力。

下屈服強度：在屈服期間，不計初始瞬時(shí)效應時(shí)的Z低應力。”

這個(gè)定義在過(guò)去使用圖解法時(shí)一般沒(méi)有什么疑問(wèn)，但在今天使用計算機處理數據時(shí)就產(chǎn)生了問(wèn)題。

＊屈服強度的疑問(wèn)：如何理解“塑性變形發(fā)生而力不增加（保持恒定）”？由于各種干擾源的存在，即使材料在屈服階段真的力值保持恒定（這是不可能 的），計算機所采集的數據也不會(huì )保持恒定，這就需要給出一個(gè)允許的數據波動(dòng)范圍，由于國標未作定義，所以各個(gè)試驗機生產(chǎn)廠(chǎng)家只好自行定義。由于條件的 不統一，所求結果自然也就有所差異。

＊上下屈服強度的疑問(wèn)：若材料出現上下屈服點(diǎn)，則必然出現力值的上下波動(dòng)，但這個(gè)波動(dòng)的幅度 是多少呢？國標未作解釋?zhuān)羧〉奶?，可能將干擾誤求為上下屈服點(diǎn)，若取得太大，則可能將部分上下屈服點(diǎn)丟失。目前為了解決這一難題，各廠(chǎng)家都想了許多的 辦法，如按材料進(jìn)行分類(lèi)定義“誤差帶”及“波動(dòng)幅度”，這可以解決大部分的使用問(wèn)題。但對不常見(jiàn)的材料及新材料的研究依然不能解決問(wèn)題。為此部分廠(chǎng)家將 “誤差帶”及“波動(dòng)幅度”設計為用戶(hù)自定義參數，這從理論上解決了問(wèn)題，但對使用者卻提出了*的要求。

2、對下屈服點(diǎn)定義中 “不計初始瞬時(shí)效應”的誤解什么叫“初始瞬時(shí)效應”？它是如何產(chǎn)生，是否所有的試驗都存在？這些問(wèn)題國標都未作解釋。所以在求取下屈服強度時(shí)絕大多數的情 況都是丟掉了*個(gè)“下峰點(diǎn)”的。筆者經(jīng)過(guò)多方查閱資料，了解到“初始瞬時(shí)效應”是早期生產(chǎn)的通過(guò)擺錘測力的試驗機所*的一種現象，其原因是“慣性”作 用的影響。既然不是所有的試驗機都存在初始瞬時(shí)的效應，所以在求取結果時(shí)就不能一律丟掉*個(gè)下峰點(diǎn)。但事實(shí)上，大部分的廠(chǎng)家的試驗機處理程序都是丟掉了 *個(gè)下峰點(diǎn)的。

　四、試驗人員的影響
　　
在試驗設備已確定的情況下，試驗結果的優(yōu)劣就*取決于試驗人員的綜合素質(zhì)。目前我國材料試驗機的操作人員綜合素質(zhì)普遍不高，專(zhuān)業(yè)知識與理論水平普遍較為欠缺，再加上新概念、新名詞的不斷出現，使他們很難適應材料試驗的需求。在材料屈服強度的求取上常出現如下的問(wèn)題：

1、將非比例應力與屈服混為一談
　　
雖然非比例應力與屈服都是反應材料彈性階段與塑性階段的過(guò)渡狀態(tài)的指標，但兩者有著(zhù)本質(zhì)的不同。屈服是材料固有的性能，而非比例應力是通過(guò)人為規定的條 件計算的結果，當材料存在屈服點(diǎn)時(shí)是無(wú)需求取非比例應力的，只有材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)時(shí)才求取非比例應力。部分試驗人員對此理解不深，以為屈服點(diǎn)、上屈 服、下屈服、非比例應力對每一個(gè)試驗都存在，而且需全部求取。

　2、將具有不連續屈服的趨勢當作具有屈服點(diǎn)
　　
國標對屈服的定義指出，當變形繼續發(fā)生，而力保持不變或有波動(dòng)時(shí)叫做屈服。但在某些材料中會(huì )發(fā)生這樣一種現象，雖然變形繼續發(fā)生，力值也繼續增大，但力 值的增大幅度卻發(fā)生了由大到小再到大的過(guò)程。從曲線(xiàn)上看，有點(diǎn)象產(chǎn)生屈服的趨勢，并不符合屈服時(shí)力值恒定的定義。正如在第三類(lèi)影響中提到的，由于對“力值 恒定”的條件沒(méi)有定量指標規定，這時(shí)經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生這一現象是否是屈服，屈服值如何求取等問(wèn)題的爭論。

3、將金屬材料的屈服點(diǎn)與塑料類(lèi)的屈服點(diǎn)混淆
　　
由于金屬材料與塑料的性能相差很大，其屈服的定義也有所不同。如金屬材料定義有屈服、上屈服、下屈服的概念。而塑料只定義有屈服的概念。另外，金屬材料 的屈服強度一定小于極限強度，而塑料的屈服可能小于極限強度，也可能等于極限強度（兩者在曲線(xiàn)上為同一點(diǎn)）。由于對標準的不熟悉，往往在試驗結果的輸出方 面產(chǎn)生一些不應有的錯誤，如將塑料的屈服概念（上屈服）作為金屬材料的屈服概念（一般為下屈服）輸出，或將無(wú)屈服的金屬材料的Z大強度按塑料的屈服強度定 義類(lèi)推作為金屬材料屈服值輸出，產(chǎn)生金屬材料屈服值與Z大值一致的笑話(huà)。