路径: 主页 > GB/T > 第167页 > GB/T 38250-2019 | 标准编号 | GB/T 38250-2019 (GB/T38250-2019) | | 中文名称 | 金属材料 疲劳试验机同轴度的检验 | | 英文名称 | Metallic materials - Verification of the alignment of fatigue testing machines | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | N71 | | 国际标准分类 | 19.060; 77.040.10 | | 字数估计 | 30,322 | | 发布日期 | 2019-10-18 | | 实施日期 | 2020-05-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 38250-2019
Metalic materials - Verification of the alignment of fatigue testing machines
ICS 19.060;77.040.10
N71
中华人民共和国国家标准
金属材料 疲劳试验机同轴度的检验
(ISO 23788:2012,IDT)
2019-10-18发布
2020-05-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准使用翻译法等同采用ISO 23788:2012《金属材料 疲劳试验机同轴度的检验》。
与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 16825.1-2008 静力单轴试验机的检验 第1部分:拉力和(或)压力试验机测力系统
的检验与校准(ISO 7500-1:2004,IDT)。
本标准做了下列编辑性修改:
---统一了文中术语“弯曲百分比”的表示符号,将行文中的“β”改为“B”;
---修正了图3b)、c)中的符号错误,将“W”改为“w”,将“Wg”改为“wg”。
本标准由中国机械工业联合会提出。
本标准由全国试验机标准化技术委员会(SAC/TC122)归口。
本标准起草单位:中机试验装备股份有限公司、深圳万测试验设备有限公司、中国航空工业集团公
司北京长城计量测试技术研究所、济南鑫光试验机制造有限公司、广州大学、承德市精密试验机有限公
司、深圳市华测检测有限公司。
本标准主要起草人:刘继林、安建平、田峰、王建国、徐忠根、王新华、徐维嘉。
引 言
本标准中的试验机同轴度,指的是夹具几何(加载)轴线的一致性。该理想状态的任何偏离将导致
加载链的角度和/或侧向偏置(或不同轴)(参见附录A)。不同轴表现为试样或同轴度测量装置(以下称
“同轴度传感器”)上存在一个附加的弯曲应力/应变区。弯曲应力/应变区叠加在所施加的假定均匀的
应力/应变场上。在纯扭转试验中,任何不同轴将导致双轴扭转附加弯曲应力/应变状态的产生。
已证明轴向疲劳试验系统中,加载链的不同轴显著影响着疲劳试验结果(参见参考文献[1]、[2]和
[3])。
由不同轴导致的弯曲,其主要原因无非是以下因素的综合:
---夹具中心线的一致性差;
---试样或同轴度传感器自身的固有缺陷。
理想情况下,对所有试样或同轴度传感器,试验机产生的弯曲分量保持不变。试样或同轴度传感器
产生的弯曲分量随装置不同而变化。
最近的研究(参见参考文献[4]和[5])已表明,无论试样或传感器多么精细地加工,固有的弯曲误差
始终存在。固有缺陷(即偏心和倾斜)产生于装置轴向中心线的几何不对称和与所选应变片类型、安装、
性能有关的其他测量误差。装置的固有弯曲误差会很显著,有时甚至超过机器不同轴导致的弯曲误差。
本标准通过下述方法消除了同轴度传感器自身固有缺陷导致的误差。将同轴度传感器绕其纵轴旋
转180°,并从测定的整体最大表面弯曲应变中减去其弯曲分量。因此,具有相同材料和标称尺寸的不
同装置,理应给出相同的同轴度测量结果;参见参考文献[2]中图10的例子。
金属材料 疲劳试验机同轴度的检验
1 范围
本标准规定了使用应变测量装置的试验机同轴度检验方法。
本标准适用于金属材料动态单轴拉和/或压、纯扭转、复合式拉扭、复合式压扭和复合式拉压扭转疲
劳试验机。
本标准中概述的方法是通用的,可以应用到静态试验机和非金属材料测试。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
ISO 7500-1 金属材料 静力单轴试验机的检验 第1部分:拉力和(或)压力试验机 测力系统
的检验与校准
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
同轴度 alignment
加载链组件(包括试样)的加力轴线的一致性。
注:不满足这种一致性会导致在试样上产生附加弯矩。
3.2
同轴度传感器 alignmentcel
精密加工的试验机同轴度检验用应变式测量装置。
3.3
同轴度规 alignmentgauge
由一对分离杆和一个通止规组成的,用于夹具同轴度符合性检验的精密加工的机械装置。
3.4
平均轴向应变 averageaxialstrain
εo
由分布在同轴度传感器表面处于相同横截面的一组应变片测量的平均纵向轴应变。
注:平均轴向应变表示截面几何中心的应变。
3.5
加载链 loadtrain
包含横梁和驱动器在内的二者间的所有部件。
注:加载链包括试样。
3.6
弯曲应变 bendingstrain
εb
应变片测得的局部应变与平均轴向应变之差。
注:弯曲应变是用大小、方向和离散的作用点表征的矢量。它通常随同轴度传感器表面位置点的不同而变化。
3.7
试验机同轴度 machinealignment
用最大弯曲应变分量εb,max,mc表征的夹具轴线的一致性程度。
注:机器不同轴表现为上下夹具的加力轴线存在侧向偏置和/或角度倾斜。
3.8
试验机方位 machineaspect
试验机的前方、后方、左方和右方。
3.9
最大弯曲应变 maximumbendingstrain
εb,max
在给定的横截面中,具有最大弯曲应变幅值的矢量。
注:最大弯曲应变矢量用大小、方向和离散的作用点表征。
3.10
弯曲百分比 percentagebending
最大弯曲应变乘100并除以平均轴向应变。
3.11
测量平面 measurementplane
同轴度传感器上一组应变片的横轴所在的截面。
3.12
同轴度传感器相对其纵轴的位置(0°、90°、180°和270°)。测量方位明确了应变片1或同轴度传感器
表面的一个永久标记相对于机器前方的位置。
注:机器前方是R-方位。
3.13
平行长度 paralellength
Lp
同轴度传感器缩颈段的平行部分的长度。
3.14
比例极限 proportionallimit
材料能够保持弹性的最大应力,即没有任何应力-应变比例偏差。
3.15
R-方向 R-direction
相对于试验机机架的固定参考方向。
注:通常指试验机前部中心方向。
3.16
Lg
同轴度传感器上下测量平面间的轴向距离。
3.17
wg
薄矩形同轴度传感器宽面上,应变片中心间的横向距离。
4 符号
下列符号适用于本文件。
A1~A4:上层应变片组。
B1~B4:下层应变片组。
d:圆柱体同轴度传感器的最小直径;同轴度规的内径。
D:圆柱体同轴度传感器夹持端的直径。
e:偏心或侧向偏置。
Lp:平行长度。
Lg:应变片轴向间距。
Lz:同轴度传感器、同轴度规或试样的全长。
r:同轴度传感器或试样的平行长度与夹持端的圆角半径。
t:矩形同轴度传感器缩颈段的厚度。
w:矩形同轴度传感器缩颈段的宽度。
W:矩形同轴度传感器夹持端的宽度。
wg:应变片的横向间距。
B:弯曲百分比。
Bac:由同轴度传感器的固有缺陷引起的弯曲百分比。
Bmc:由试验机不同轴引起的弯曲百分比。
εo:平均轴向应变。
ε1、ε2 等:各自应变片的读数(即局部应变)。
εb:弯曲应变(合成值)。
εb,ac:由同轴度传感器的固有缺陷引起的弯曲应变分量。
εb,mc:由试验机不同轴引起的弯曲应变分量。
εb,max:最大弯曲应变(合成值)。
εb,max,ac:由同轴度传感器的固有缺陷引起的最大弯曲应变分量。
εb,max,mc:由试验机不同轴引起的最大弯曲应变分量。
γ:倾(斜)角。
θac:εb,max,ac相对于应变片1(或同轴度传感器表面的一个永久标记)的位置角(俯视,顺时针方向)。
θmc:εb,max,mc相对于试验机前方(R-方向)的位置角(俯视,顺时针方向)。
5 测量要求
5.1 试验机
试验系统应包含一个由力传感器(负荷传感器)、调理(数据采集)器和指示单元组成的测力系统,该
系统应符合ISO 7500-1的要求。
注1:1级试验机要求力值验证范围内的示值误差不超过±1%。
重要的是,夹具要能使同轴度传感器绕自身纵轴旋转180°,还应充分保证同轴度传感器重复定位
和装夹时不同轴变化最小(见附录B)。
推荐(非必要)试验机加载链的一部分配有侧向和角度偏置的调整装置。同时建议:
a) 减少夹持装置的部件数量,以减少机械接口的数量;
b) 在涉及交变拉-压载荷的测试中,最大限度地提高疲劳试验机的侧向刚度,以减少任何所谓的
交变弯曲对疲劳试验结果的影响(参见参考文献[1])。
注2:试验机侧向刚度的测试方法参见附录C。
5.2 同轴度传感器
测量中使用的同轴度传感器,其刚度对同轴度测量有轻微的影响 (参见参考文献[2]的图13);传感
器的刚度越低,试验机同轴度测试的灵敏度越高。一个好的同轴度传感器也宜足够稳定,可以连续使用
较长时间(即多年)。宜注意确保充分满足这两方面的要求。
理论上,合适的同轴度传感器材料宜具有:
a) 足够大的线弹性范围;
b) 组织稳定性高;
c) 无明显残余应力以确保尺寸的稳定性;
d) 良好的抗氧化性能。
完全回火钢(如Rp0.2约为1000MPa的合金钢)是同轴度传感器制作的理想选材(参见参考文献
[3]和[4])。高强度铝合金(如7075-T6)也属于合适的备选材料。
5.3 设计和制造
5.3.1 设计
同轴度传感器的总长应与疲劳试样相同 (但标距和横截面积不一定相同)。其应采用与疲劳试样
相同的方式装入夹具,以避免使用特殊的转接件。对于圆柱体传感器,直径d 不应超过10mm或疲劳
试样的直径,两者取大者。推荐的标准直径为5mm、7.5mm和10mm。
表1、表2和表3给出了推荐的标准比例。使用比表中所示尺寸还小的截面,或许受限于合适应变
片的获取。图1和图2给出了同轴度传感器基本形状的同轴度、直线度和平行度的要求(即影响同轴度
的表面机械加工公差)。
在遵守本标准主要要求的前提下,其他的几何形状和侧轮廓外形是允许的。然而,显著的尺寸变
化,妨碍与推荐的标准传感器的测量进行有意义的比较。推荐的其他几何形状和夹持端设计参见参考
文献[4]。
5.3.2 圆形截面同轴度传感器的尺寸
圆形截面同轴度传感器的尺寸见表1和图1。
表1 圆形横截面同轴度传感器的名义尺寸
5.3.3 厚矩形截面同轴度传感器的尺寸
厚矩形截面同轴度传感器的尺寸见表2和图2。
表2 厚矩形截面同轴度传感器的名义尺寸
5.3.4 薄矩形截面同轴度传感器的尺寸
薄矩形截面同轴度传感器的尺寸见表3和图2。
表3 薄矩形截面同轴度传感器的名义尺寸
5.4 机械加工
精加工时应小而减量切割并加注充足的冷却液,使传感器材料的金相组织和性能不受影响,同时不
致引起过度的残余应力。为使应变片有效的粘接,同轴度传感器的最佳表面粗糙度Ra应在0.8μm~
1.6μm范围内。
注:疲劳试样的表面粗糙度Ra通常在0.2μm~0.4μm范围内。
5.5 应变片安装前的检验
应变片粘贴前,应仔细检验同轴度传感器(使用的仪器如光学投影仪或比较仪),确认所有的关键尺
寸和相关的几何公差,以确保其满足所有的几何要求。应变片粘贴后,则无法用这些方法检验同轴度传
感器了。
5.6 应变测量仪
一批8个应变片(4个一组分两组)应如图3所示编号和定位(参见参考文献[4]和[5])。对圆柱体
同轴度传感器[见图3a)],应变片应沿同轴度传感器的圆周相距90°等间隔分布。图3b)所示分布结构
适合于宽厚比w/t< 3的矩形同轴度传感器。对具有更大宽厚比(≥3)的同轴度传感器,应变片可背靠
背成对地安装在与同轴度传感器中心线等距的位置,如图3c)所示。应变片应全部匹配,即来自相同制
造商的同批次产品。建议有效长度约为0.1Lp或更小。
本标准的同轴度测量参数(决定因素),由所测应变的比值确定,因此,它们不宜受到温度变化的影
响。建议使用与同轴度传感器材料匹配的带温度自补偿的应变片,尤其是要精确测量绝对轴向平均应
变时,如模量测量,同样需要。
按图3的要求,表4给出了应变片在同轴度传感器表面的安装位置。
表4 应变片的安装位置
宜注意根据制造商的建议选择应变片。同时确保应变片按制造商推荐的工序粘贴。应变片应安装
在指定位置,偏差不超过0.1mm或同轴度传感器的直径或宽度的0.01倍,取较大者。其测量轴应与同
轴度传感器的纵轴对齐,偏差在2°以内。安装完毕后,在添加保护层前,应使用合适的仪器,如角光学
投影仪或低倍显微镜的环形标线,检查并确认应变片的对齐。
应变测量和数据采集系统(不含同轴度传感器)应进行相应的校准。用于校准应变测量和数据采集
系统的并联电阻器和/或任何其他设备,应溯源到相关的国家标准。应变测量和数据采集系统(包括同
轴度传感器)的应变测量不确定度应在±5με或读数的±1.0%以内,取大者。
三应变片型传感器(以下简称“三片型传感器”)参见附录D。
5.7 系统检查
5.7.1 为确保同轴度测量系统的功能正常,应进行以下检查。
5.7.2 作为同轴度传感器调试过程的一部分,以下检查应至少执行一次。将同轴度传感器连接到试验
机上,在其上施加一个小力,使同轴度传感器产生一个相应的标称值εo,该值在100με~1000με范围
内,比较上下应变片组的平均轴向应变。如果它们的一致性不在5με以内,应更换同轴度传感器。
注:同轴度传感器的标称值εo是由所有应变片的平均值确定的。
5.7.3 作为试验机加载链或夹具调试过程的一部分,以下检查应至少执行一次。附录B规定了试样重
复夹持的精度评价。
5.7.4 每个同轴度检验程序中应进行以下检查。测定同轴度传感器材料的割线或弹性模量E(例如,
在所有应变片的平均值εo约等于1000με时)。在两次测试之间以及同轴度传感器的整个使用周期
内,该值应是稳定的,偏差在平均值(或已知值)的±3%以内。否则,应查明原因,并采取适当的措施。
6 同轴度测量计算
6.1 一般要求
试验机对同轴度传感器的弯曲贡献,由两个相反方向上测量的弯曲应变分量(在相同作用力下)评
价,如图4中的0°和180°(参见参考文献[5])。当试验机的弯曲分量保持不变时,通过旋转同轴度传感
器,其弯曲分量相对于试验机旋转了。对任一应变片,弯曲应变在两个截然相反的位置上的差,即是试
验机的弯曲分量。
6.2 圆柱体同轴度传感器
对于四个一组的应变片,在给定的轴向作用力下,相同横截面上的平均轴向应变由式(1)给出:
6.3 厚矩形同轴度传感器
对在零点或给定轴向作用力下的厚矩形同轴度传感器[见图3b)],根据上述圆柱体同轴度传感器
公式计算平均轴向应变和局部弯曲应变。试验机的最大弯曲应变用式(10)(参见参考文献[5])计算:
最大弯曲应变产生于同轴度传感器的最高读数应变片和次最高读数应变片之间的拐角处。
6.4 薄矩形同轴度传感器
对在零点或给定轴向作用力下的薄矩形同轴度传感器[见图3c)],建立一个类似于图3b)的系统,
等效应变位于同轴度传感器四个面的中心。相应的局部弯曲应变值由公式(11)~式(14)计算(参见参
考文献[4]、[5]和[6]):
6.5 试验机同轴度的分级
试验机同轴度的级别应按表5规定的标准确定,并由图6(参见参考文献[5])示出。
表5 同轴度级别
7 试验机同轴度的检验程序
7.1 目的和频率
本程序的目的是检验试验机的同轴度。理想执行时间是力值校准后。每隔12个月以及下列情况
发生后应执行本程序:
a) 作为新试验机调试过程的一部分;
b) 试样意外弯曲变形后,除非能够证明试验机的同轴度未改变;
c) 加载链的任何调整(包括上部或下部横梁的移动)、改造或更换,除非能够证明试验机的同轴度
未改变。
附录G介绍了一种简便的机械装置,可相对较快且定性地完成圆柱形试验系统的同轴度检查。使
用该装置检查的时间可按客户和(或)疲劳试验程序的要求确定。
系统检查应符合5.7的规定。
7.2 程序
同轴度的检验程序如下:
a) 如果试验机即将投入使用或者被重新启用,执行附录B的不确定度评定程序。
b) 使用附录G介绍的同轴度规装置,对圆柱形几何体测试用夹具进行初步检查。
注1:圆柱形几何体测试用的某些夹具不能使用上述同轴度规。
c) 应变片的导线连接到信号调理设备上,让系统通电预热,确保其稳定至少30min。
d) 夹住同轴度传感器夹持面的一端(通常是下端),使应变片1面向试验机的前部(即图4中的0°
方位)。
e) 将应变置零。
f) 夹住同轴度传感器的另一端。试验机在力控制模式下,设目标力值为零(或控制稳定性要求的
小值),并记录应变片的读数。对于纯扭转试验系统,随后进行7.2h)步骤。
注2:7.2c)~7.2f)是由于同轴度传感器的夹紧作用,产生的最大弯曲应变。
g) 施加一系列按要求递增的轴向力(或平均轴向应变εo),记录力值和相应的应变片的读数。作
用力是以拉和(或)压的方式施加,取决于试验机上进行的力学试验的类型。应注意不超过同
轴度传感器比例极限的0.75倍,以避免造成设备的永久性损坏。返回零点并记录相应的应变
片读数。
h) 松开夹具,执行下一步骤。
注3:对于矩形同轴度传感器,有必要将其完全从夹具中拿下来。
i) 将同轴度传感器绕其纵轴旋转180°,使应变片1此时面向试验机的后面(即图4中的180°方
位),并夹紧同轴度传感器的两端。对于纯扭转试验系统,记录应变片的读数,随后进行7.2k)
步骤。
j) 重复7.2g),使用与0°方位施加的标称力(或平均轴向应变值)相同的作用力。
k) 松开上夹具释放同轴度传感器,并记录应变片的读数。所有应变计的读数宜在(0±3)με以
内,否则,应查找原因并记录。从下夹具中取出同轴度传感器。
l) 在纯扭转和复合式拉扭试验系统中,驱动端夹具的旋转轴线与同轴度传感器夹持位置的加载
轴线,可能不精确一致。在拉扭/压扭疲劳试验中,这种不同轴引起一种类似于螺旋运动的扭
绞。考......
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