【检测表征】树脂/陶瓷材料的采样速度对其强度值的影响

大部分树脂和金属材料表现出塑性变形，而陶瓷和玻璃材料则几乎没有塑性变形，相反，它们容易发生脆性破坏。当使用短时高速测量获得脆性材料的材料强度时，所得到的强度值和数据分散可能会因试验机的采样速度而变化。

本文通过对树脂和陶瓷样品的强度性能测试，利用数据处理调整测试后的取样速度，来明确取样速度对强度测量值的影响。

01 树脂拉伸试验

使用岛津公司Autograph AGX™型10 kNV精密万能试验机对丙烯酸树脂进行拉伸试验，测试时选择仪器的最大速度3000 mm/min，采样速度设置为10000 Hz。

表1显示了特定试验条件，而图1显示了试验本身的图片。测试完成后，使用数据细化处理来获取对应于四种采样速度（5000Hz，1000Hz，100Hz，20Hz）的数据。

表1. 测试条件

图1. 树脂试样的拉伸试验

图2（a）显示了在10000 Hz下进行的测量结果，而图2（b-e）包括数据细化后处理完成后每个采样速度的结果。由于本实验使用了较短的测量时间（约0.5s），因此观察到在20Hz下获得的数据与在100Hz下获得的数据之间的力峰值存在显著差异。

图2. 测试结果

表2提供了每个单独取样速度下拉伸强度的详细信息，以及与10000 Hz下的强度（设定为标准值）相比的强度降低率。强度从10000Hz下降到100Hz时约为1%，20 Hz时为4%。由于这种不精确性，如果要正确评估丙烯酸树脂的高速拉伸强度，则需要最小取样速度为1000 Hz。

表2. 按采样速度排序的测试结果

02 陶瓷压缩试验

采用岛津公司Autograph AGX™型100 kNV精密通用试验机对氧化铝试样进行了压缩试验。为了保护压缩板，试验期间使用了金属垫片。试验速度设置为1500 mm/min的最大值，而取样速度设置为10000 Hz。

表3显示了特定试验条件，而图3包括了试验图像。在测试之后，数据细化处理再次用于生成对应于四种不同采样速度（5000 Hz、1000 Hz、100 Hz、20 Hz）的数据。

表3. 测试条件

图3. 压缩测试

图4（a）显示了在10000 Hz下获得的结果，而图4（b-e）显示了在每个不同采样速度下处理的结果。与树脂拉伸试验相比，使用较短的测量时间（0.04 s）导致在1000 Hz的采样速度下力峰值存在相当大的差异。

图4. 测试结果

表4显示了四种取样速度下的抗压强度和标准偏差，以及与10000 Hz标准值相比的强度降低率。表4中的数据表明，较低的采样速度会导致较高的标准差和数据分散性。

表4. 按采样速度排序的测试结果

还应注意，与10000 Hz时的强度标准值相比，1000 Hz、100 Hz和20 Hz取样速度下获得的材料强度值的计算误差均大于1%。因此可以得出结论，该试验需要5000 Hz或更高的采样速度，以便准确评估材料强度。

结  论

本实验是在树脂和陶瓷材料上进行的高速强度试验，测量了取样速度和测量强度值之间的关系。结果表明，在对脆性材料进行高速试验时，取样速度是准确评定强度的关键。

（参考来源：岛津）