CN108956340A - 一种拉伸疲劳测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉伸疲劳测试方法，涉及材料测试技术领域。本发明提供的一种拉伸疲劳测试方法，通过对力传感器和位移传感器的综合使用对受测纱线进行拉伸疲劳测试，使用位移传感器控制受测纱线进行匀速的拉伸‑回缩循环运动，使用力传感器作为受测纱线进行拉伸和回缩的触发装置，当力传感器监测到拉伸疲劳的预设最大力值时，位移传感器配合控制受测纱线回缩；当力传感器测到拉伸疲劳的预设最小力值时，位移传感器配合控制受测纱线拉伸，如此往复，直至受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，从而使得受测纱线在拉伸疲劳测试中的测试数据不会被纱线材料拉伸过程中累积塑性形变影响，同时保障了对纱线材料拉伸疲劳的测试精度和测试效率。

Description

一种拉伸疲劳测试方法

技术领域

本发明涉及科学仪器与材料测试技术领域，特别涉及一种拉伸疲劳测试方法。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的新型材料被研发出来，这些新型材料的问世在进一步推动科技发展的同时，也使得各个领域的产品设计趋向于稳定化、轻量化和多功能化。当一种新型材料被研发后，通常需要对该新型材料进行力学性能测试，根据获取的力学性能测试数据确定材料的性能和适用领域。

现有对材料的力学性能测试通常在力学性能试验机上进行。其中，对纱线材料的拉伸疲劳测试方法包括以下步骤：a、受测试样固定于力学性能试验机的上夹头和下夹头之间，使受测试样受到上夹头与下夹头的初始拉力值；b、在力学性能试验机设定预设最大力值、预设最小力值和预设变化力值，然后启动力学性能试验机的测试开关；c、力学性能试验机控制上夹头向上移动，使得受测试样受到的拉力值每秒固定增加预设变化力值，当力学性能试验机通过力传感器监测到受测试样受到的拉力值达到预设最大力值时，控制上夹头做反向运动，当力学性能试验机通过力传感器监测到受测试样受到的拉力值达到预设最小力值时，控制上夹头做反向运动，如此循环，直至受测材料被拉断，记录受测试样的拉伸疲劳数据。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

相关技术对纱线材料的拉伸疲劳测试方法采用恒定每秒钟增加或减少受测试样受到拉力值的方式，受测试样拉伸或回缩的速率非恒定的，且通过力传感器控制上夹头转向的触发装置，而现有力传感器的响应时间相对位移传感器较慢，且精度较低，且，纱线材料通常具有一定的塑性，在拉伸疲劳测试中很容易积累塑形变形，从而使得通过力传感器触发对纱线材料的拉伸疲劳测试方法对纱线材料的疲劳测试效率低下，且测试精度较低。

发明内容

针对相关技术存在的上述问题，本发明提供了一种拉伸疲劳测试方法，所述拉伸疲劳测试方法通过综合力传感器和位移传感器的使用，使得拉伸疲劳测试方法能够对拉伸过程中累积塑性形变的受测纱线进行高效率、高精度的拉伸疲劳测试。本发明的技术方案如下：

根据本发明实施例的一个方面，提供一种拉伸疲劳测试方法，所述方法包括：

将受测纱线固定于力学性能试验机的上夹头与下夹头之间，获取所述力学性能试验机的测试参数，然后启动所述力学性能试验机的测试开关，所述测试参数包括预设最大力值、预设最小力值和预设位移速率；

检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件；

当检测到所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件时，输出测试数据，并终止对所述受测纱线的拉伸疲劳测试；

当检测到所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件时，通过力传感器对所述受测纱线受到的实时拉力值进行实时监测，并通过位移传感器控制所述上夹头按预设位移速率匀速向上位移，使所述受测纱线逐渐拉伸；

当通过所述力传感器监测到所述实时拉力值达到预设最大力值时，通过所述位移传感器控制所述上夹头按预设位移速率匀速向下位移，使所述受测纱线逐渐回缩；

当通过所述力传感器监测到所述实时拉力值达到预设最小力值时，执行所述检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件的步骤。

在一个优选的实施例中，所述将受测纱线固定于力学性能试验机的上夹头与下夹头之间，包括：

将所述受测纱线的上端粘贴于所述试样纸板的上臂，所述受测纱线的下端粘贴于所述试样纸板的下臂，使得所述受测纱线的测试段位于所述试样纸板的上臂与下臂之间的中空部，所述试样样板包括上臂、下臂以及连接所述上臂和所述下臂的连接部；

将所述试样纸板的上臂固定于所述力学性能试验机的上夹头，所述试样纸板的下臂固定于所述力学性能试验机的下夹头，使得所述受测纱线的测试段位于所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间。

在一个优选的实施例中，所述方法还包括：

将所述试样样板的连接部断开；

将所述力传感器的当前显示数值清零。

在一个优选的实施例中，所述受测纱线的测试段距离为10mm。

在一个优选的实施例中，所述下夹头固定于所述力传感器上方。

在一个优选的实施例中，所述检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件，包括：

检测所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间是否固定有所述受测纱线，若检测到所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间未固定有所述受测纱线，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件；或，

检测所述受测纱线的拉伸周期数是否达到预设周期数值，若检测到所述受测纱线的拉伸周期数达到预设周期数值，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件；或，

检测所述受测纱线是否处于断开状态，若检测到所述受测纱线处于断开状态，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件。

与现有技术相比，本发明提供的拉伸疲劳测试方法具有以下优点：

本发明提供的一种拉伸疲劳测试方法，通过对力传感器和位移传感器的综合使用对受测纱线进行拉伸疲劳测试，使用位移传感器控制受测纱线进行匀速的拉伸-回缩循环运动，使用力传感器作为受测纱线进行拉伸和回缩的触发装置，当力传感器监测到拉伸疲劳的预设最大力值时，位移传感器配合控制受测纱线回缩；当力传感器测到拉伸疲劳的预设最小力值时，位移传感器配合控制受测纱线拉伸，如此往复，直至受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，从而使得受测纱线在拉伸疲劳测试中的测试数据不会被纱线材料拉伸过程中累积塑性形变影响，同时保障了对纱线材料拉伸疲劳的测试精度和测试效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种拉伸疲劳测试方法的方法流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种试样纸板的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的拉伸疲劳测试的前十二个循环力-时间曲线。

图4是根据一示例性实施例示出的拉伸疲劳测试的前十二个循环位移-时间曲线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种拉伸疲劳测试方法的方法流程图，可应用于纱线材料的拉伸疲劳测试中，如图1所示，所述拉伸疲劳测试方法，包括：

在步骤101中，将受测纱线固定于力学性能试验机的上夹头与下夹头之间，获取所述力学性能试验机的测试参数，然后启动所述力学性能试验机的测试开关，所述测试参数包括预设最大力值、预设最小力值和预设位移速率。

需要说明的是，预设最大力值、预设最小力值和预设位移速率是由工作人员根据受测纱线的各项材料数据预先计算好，然后输入至力学性能试验机的处理器芯片程序中，由力学性能试验机进行接收。

在拉伸疲劳测试方法中，预设最小力值根据预设最大力值进行设置，比如，预设最小力值为预设最大力值的0.1倍。预设最大力值根据受测纱线单次拉伸的平均断裂强力进行设置，比如，预设最大力值为平均断裂强力的90%、80%、70%或60%等。

示例地，设置力学性能试验机的预设最大力值为0.35 N，预设最小力值为0.03N，预设位移速率为0.1 mm/s。

在步骤102中，检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件。

在一个优选的实施例中，所述检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件的方法，包括：

（a）检测所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间是否固定有所述受测纱线，若检测到所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间未固定有所述受测纱线，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件；或，

（b）检测所述受测纱线的拉伸周期数是否达到预设周期数值，若检测到所述受测纱线的拉伸周期数达到预设周期数值，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件；或，

（c）检测所述受测纱线是否处于断开状态，若检测到所述受测纱线处于断开状态，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件。

其中，在方法（a）中，力学性能试验机可以通过红外光线扫描装置扫描学性能试验机的上夹头与下夹头之间是否固定有受测纱线，若未扫描到受测纱线，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件。

通过方法（a）可以避免工作人员对力学性能试验机的误操作，避免能源的浪费和器件的损耗。

在方法（b）中，力学性能试验机可以检测受测纱线的拉伸周期数是否达到预设周期数值，若检测到受测纱线的拉伸周期数达到预设周期数值，则确定该受测纱线可以满足特定环境下的使用条件，能够应用于适用于该特定环境的产品的制备。

在方法（c）中，力学性能试验机可以通过位移传感器在控制上夹头上下位移时力传感器监测到的拉力值在预设时长内为0时，确定受测纱线处于断开状态，进一步确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件。

通过方法（c）可以避免力学性能试验机在完成对受测纱线的拉伸疲劳测试后的多余运行，在保障测试人员安全的同时，避免了能源的浪费和器件的损耗。

在步骤103中，当检测到所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件时，输出测试数据，并终止对所述受测纱线的拉伸疲劳测试。

示例地，当力学性能试验机检测到受测纱线处于断开状态时，通过数据传输线将测试数据输出至特定存储设备，或，将测试数据显示于显示屏，然后终止对受测纱线的拉伸疲劳测试。

在步骤104中，当检测到所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件时，通过力传感器对所述受测纱线受到的实时拉力值进行实时监测，并通过位移传感器控制所述上夹头按预设位移速率匀速向上位移，使所述受测纱线逐渐拉伸。

在步骤105中，当通过所述力传感器监测到所述实时拉力值达到预设最大力值时，通过所述位移传感器控制所述上夹头按预设位移速率匀速向下位移，使所述受测纱线逐渐回缩。

示例地，预设最大力值为0.35N，当力传感器监测到实时拉力值为0.35N时，通过位移传感器控制上夹头按0.1 mm/s的速率匀速向下位移，使受测纱线逐渐回缩。

在步骤106中，当通过所述力传感器监测到所述实时拉力值达到预设最小力值时，执行所述检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件的步骤。

示例地，预设最小力值为0.03N，当力传感器监测到实时拉力值为0.03N时，力学性能试验机通过执行步骤102来检测受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件，若受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件，则继续通过力传感器对受测纱线受到的实时拉力值进行实时监测，并通过位移传感器控制上夹头按0.1 mm/s得速率匀速向上位移，使受测纱线逐渐拉伸。

需要说明的是，通过上述步骤102至步骤106的循环执行，受测纱线在上夹头的上下位移带动下做循环的拉伸-回缩运动，从而实现对受测纱线的拉伸疲劳测试。

其中，力传感器在上述循环中实时对受测纱线受到的实时拉力值进行监测。

现有对纱线材料的疲劳测试方法仅仅通过力传感器或位移传感器的任意一个来控制拉伸疲劳测试，然而发明人发现：当仅使用通过力传感器来控制拉伸疲劳测试时，力传感器响应时间相对位移传感器要慢，而且精度要低，仅仅用力传感器的响应来控制疲劳测试过程很容易导致拉伸疲劳测试的频率较低，精度较低；而当仅使用位移传感器来控制拉伸疲劳测试时，部分纱线材料如碳纳米管纱线等在拉伸疲劳测试过程中很容易发生塑性变形积累，使得纱线材料在拉伸疲劳测试中随着循环次数的增加，受力越来越小，难以准确得到纱线材料的拉伸疲劳寿命，

本发明提供的拉伸疲劳测试方法结合力传感器和位移传感器的优点，用位移传感器控制纱线材料受到匀速的拉伸-回缩循环，用力传感器控制拉伸和回缩的反转点，当力传感器测到拉伸疲劳的预设最大力值时，位移传感器控制纱线材料回缩，当力传感器测到拉伸疲劳的预设最小力值时，位移传感器控制纱线材料拉伸，因此本发明提供的拉伸疲劳测试方法具有测试精确、测试效率高的优点，尤其适用于拉伸疲劳测试过程中容易发生塑性变形积累的纱线材料。

在一个优选的实施例中，所述将受测纱线固定于力学性能试验机的上夹头与下夹头之间，包括：

将所述受测纱线的上端粘贴于所述试样纸板的上臂，所述受测纱线的下端粘贴于所述试样纸板的下臂，使得所述受测纱线的测试段位于所述试样纸板的上臂与下臂之间的中空部，所述试样样板包括上臂、下臂以及连接所述上臂和所述下臂的连接部；

将所述试样纸板的上臂固定于所述力学性能试验机的上夹头，所述试样纸板的下臂固定于所述力学性能试验机的下夹头，使得所述受测纱线的测试段位于所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间。

需要说明的是，为了更好地固定受测式样，力学性能试验机的上夹头和下夹头通常具有一定的刚性，而纱线材料的材质往往容易磨损，若直接使用上夹头和下夹头夹持纱线材料，受测纱线在夹持口处非常容易被磨损断裂。本发明通过将受测纱线粘贴于试样纸板的上下两臂，再一同夹持于力学性能试验机的上夹头和下夹头，可使得试样纸板对夹头的力起缓冲作用，避免了受测纱线的损耗导致的测试进程受阻。

其中，试样纸板的上臂与下臂之间的中空部距离等于受测纱线的测试段距离，比如，在一个优选的实施例中，所述受测纱线的测试段距离为10mm，则试样纸板的上臂与下臂之间的中空部距离也为10mm。

为了更好地说明本发明实施例提供的试样纸板，示出如图2所示的一种试样纸板的示意图，在图2中，A为上臂，B为下臂，C为连接部。

在一个优选的实施例中，所述方法还包括：

将所述试样样板的连接部断开；

将所述力传感器的当前显示数值清零。

在一个优选的实施例中，所述下夹头固定于所述力传感器上方。

力传感器安装于下夹头的下方，可以使得力传感器在受测纱线的拉伸疲劳测试过程中不会受到上夹头上下运动的影响，从而使得力传感器测量的数据更加精准。

为了更好地说明本发明提供的拉伸疲劳测试方法的实际使用意义，示出下述实施例：

受测纱线为碳纳米管纱线，受测纱线的平均断裂应力为0.39 N，以90% 断裂应力水平下的疲劳测试为例，力学性能试验机获取的测试参数为：预设最大力值0.35 N、预设最小力值0.03 N和预设位移速率0.1 mm/s。采用上述本发明提供的一种拉伸疲劳测试方法对碳纳米管纱线进行拉伸疲劳测试，测试得到的本次拉伸疲劳测试的前十二个循环力-时间曲线如图3所示，得到的本次拉伸疲劳测试的前十二个循环位移-时间曲线如图4所示，其中，力传感器记录下试样受力在0.035-0.35N之间。

对图3和图4进行数据分析可知，随着时间的增加，碳纳米管纱线在力学性能试验机的每次循环的总位移量逐渐减少，但每次循环位移的值比前次循环位移的值相对更大，说明碳纳米管纱线在拉伸过程中，塑性变形在逐渐积累。

本次拉伸疲劳测试的预设终止条件为受测纱线处于断开状态，直至碳纳米管纱线处于断开状态时，碳纳米管纱线在力学性能试验机进行了共9283个循环，说明本次拉伸疲劳测试得到的碳纳米管纱线的疲劳寿命为9283。继续使用本发明提供的拉伸疲劳测试方法对同样的碳纳米管纱线进行重复试验，取有效结果的平均值，得到该碳纳米管纱线在90%的断裂应力水平下的疲劳寿命。

综上所述，本发明提供的一种拉伸疲劳测试方法，通过对力传感器和位移传感器的综合使用对受测纱线进行拉伸疲劳测试，使用位移传感器控制受测纱线进行匀速的拉伸-回缩循环运动，使用力传感器作为受测纱线进行拉伸和回缩的触发装置，当力传感器监测到拉伸疲劳的预设最大力值时，位移传感器配合控制受测纱线回缩；当力传感器测到拉伸疲劳的预设最小力值时，位移传感器配合控制受测纱线拉伸，如此往复，直至受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，从而使得受测纱线在拉伸疲劳测试中的测试数据不会被纱线材料拉伸过程中累积塑性形变影响，同时保障了对纱线材料拉伸疲劳的测试精度和测试效率。

虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明的后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (6)

1.一种拉伸疲劳测试方法，其特征在于，所述方法包括：

将受测纱线固定于力学性能试验机的上夹头与下夹头之间，获取所述力学性能试验机的测试参数，然后启动所述力学性能试验机的测试开关，所述测试参数包括预设最大力值、预设最小力值和预设位移速率；

检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件；

当检测到所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件时，输出测试数据，并终止对所述受测纱线的拉伸疲劳测试；

当检测到所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件时，通过力传感器对所述受测纱线受到的实时拉力值进行实时监测，并通过位移传感器控制所述上夹头按预设位移速率匀速向上位移，使所述受测纱线逐渐拉伸；

当通过所述力传感器监测到所述实时拉力值达到预设最大力值时，通过所述位移传感器控制所述上夹头按预设位移速率匀速向下位移，使所述受测纱线逐渐回缩；

当通过所述力传感器监测到所述实时拉力值达到预设最小力值时，执行所述检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将受测纱线固定于力学性能试验机的上夹头与下夹头之间，包括：

将所述受测纱线的上端粘贴于所述试样纸板的上臂，所述受测纱线的下端粘贴于所述试样纸板的下臂，使得所述受测纱线的测试段位于所述试样纸板的上臂与下臂之间的中空部，所述试样样板包括上臂、下臂以及连接所述上臂和所述下臂的连接部；

将所述试样纸板的上臂固定于所述力学性能试验机的上夹头，所述试样纸板的下臂固定于所述力学性能试验机的下夹头，使得所述受测纱线的测试段位于所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述试样样板的连接部断开；

将所述力传感器的当前显示数值清零。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述受测纱线的测试段距离为10mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下夹头固定于所述力传感器上方。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测所述受测纱线的当前测试状态是否满足预设终止条件，包括：

检测所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间是否固定有所述受测纱线，若检测到所述力学性能试验机的上夹头与下夹头之间未固定有所述受测纱线，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件；或，

检测所述受测纱线的拉伸周期数是否达到预设周期数值，若检测到所述受测纱线的拉伸周期数达到预设周期数值，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件；或，

检测所述受测纱线是否处于断开状态，若检测到所述受测纱线处于断开状态，则确定所述受测纱线的当前测试状态满足预设终止条件，否则，确定所述受测纱线的当前测试状态未满足预设终止条件。