万能材料试验机（Universal Testing Machine，简称 UTM）可在常温或高低温环境下，对试样施加轴向拉力或压力，并实时测量材料变形，进而获取试样的形变、力与时间三者的关系。
如图 1 所示，万能材料试验机主要由试验机主机、载荷传感器、控制手柄、夹具、连接件、引伸计等部件构成。
图 1.UTM 结构示意图
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试验机主机：包含主机立柱、横梁（十字头）、编码器、伺服电机。由伺服电机驱动，借助传动系统与编码器，带动横梁实现上下精密移动。
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横梁：能带动上夹具移动，进而为试样提供拉伸或压缩变形。
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载荷传感器：安装在横梁上，负责测量试样在试验过程中的受力情况。
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载物平台：可用于安装下夹具、特殊夹具工装以及辅助测量装置。
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夹具：下夹具安装在载物平台上，上夹具安装在横梁下方，上下夹具分别夹持样品两端。
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引伸计：可独立测量并记录试样标距内的实时变化。
如图 2 所示，万能试验机是通过伺服电机加载，精密丝杠传动带动横梁上/下移动，横梁的移动带动夹具的移动，进而让夹具所夹紧的样品受力并产生变形。在样品受力变形的同时，万能试验机的测量系统实时记录横梁的移动量、载荷传感器的载荷、以及引伸计的变形量。最终通过材料测试软件自动计算出所需的材料力学指标。
图 2.UTM 工作原理示意图
01
拉伸测试（最常用）
测试原理
对样品施加轴向拉力，记录力值、位移随时间的变化，直至样品断裂，分析材料的抗拉伸能力。
适用材料
金属（如钢材、铝材）、塑料（如 PP、PC）、橡胶、纺织品、复合材料（如碳纤维板材）、薄膜（如包装薄膜）。
关键测试参数
强度类：抗拉强度（断裂时的最大应力）、屈服强度（材料开始塑性变形的应力）、断裂强度；
变形类：伸长率（断裂时的相对伸长量）、屈服伸长率、弹性模量（材料的刚度指标，即应力-应变曲线斜率）。
实用场景
金属材料的强度验收、塑料薄膜的拉伸韧性评估、纺织品的抗撕裂强度测试（需配合专用夹具）。
02
测试原理
对样品施加轴向压力，记录力值与压缩变形的关系，分析材料的抗压缩能力和变形特性。
适用材料
金属（如圆柱状金属试样）、塑料（如塑料块、泡沫）、橡胶（如密封垫）、混凝土、复合材料构件（如蜂窝结构）、包装缓冲材料（如泡沫棉）。
关键测试参数
压缩强度（压缩至规定变形或断裂时的应力）、压缩模量（压缩阶段的刚度）；
压缩变形率（规定压力下的变形百分比，如泡沫材料压缩 50% 时的力值）。
实用场景
混凝土的抗压强度检测、包装泡沫的缓冲性能评估、橡胶密封垫的压缩回弹测试。
03
弯曲测试（三点/四点弯曲）
测试原理
通过三点或四点支撑样品，在中间施加垂直压力，模拟材料受弯时的受力状态，分析抗弯曲能力。
适用材料
金属板材/型材（如钢板、铝合金型材）、塑料板材（如亚克力板）、木材、复合材料板材（如玻璃纤维板）、陶瓷（需搭配防脆断夹具）。
关键测试参数
弯曲强度（样品断裂或达到规定挠度时的最大弯曲应力）、弯曲模量（弯曲阶段的刚度）；
挠度（样品中点的最大弯曲位移，如规定挠度为跨度的 1/100 时的力值）。
实用场景
建筑用金属型材的抗弯性能检测、家具板材的承重能力评估、陶瓷材料的抗弯曲脆断测试。
04
测试原理
对样品施加平行于受力面的剪切力，使样品沿剪切面发生相对滑动，分析材料的抗剪切能力。
适用材料
金属焊接接头（如钢板焊接处）、胶粘剂（如胶水粘接的两块板材）、复合材料层间（如碳纤维布与树脂的层间剪切）、铆钉/螺栓等连接件。
关键测试参数
剪切强度（剪切面断裂时的剪切应力）、剪切模量。
实用场景
金属焊接件的焊缝剪切强度验收、胶粘剂的粘接剪切性能测试、复合材料层间结合力评估。
05
剥离测试
测试原理
对两层或多层复合样品（如涂层-基材、薄膜-织物、胶带-被粘物）施加垂直于结合面的拉力，使样品沿结合面剥离，分析界面的结合强度。
适用材料
胶带（如透明胶带、双面胶）、涂层材料（如金属表面的油漆涂层）、复合薄膜（如铝塑复合膜）、纺织品复合面料（如防水涂层面料）。
关键测试参数
剥离强度（单位宽度的平均剥离力，如胶带的 180° 剥离强度、90° 剥离强度，单位：N/mm）。
实用场景
胶带的粘接性能检测、涂层的附着力评估（替代部分划格法的定量测试）、复合包装膜的层间剥离性能测试。
06
撕裂测试
测试原理
对预先开有缺口的样品施加拉力，使缺口扩展直至样品撕裂，分析材料的抗撕裂能力（区别于拉伸测试的“整体断裂”，侧重缺口处的局部抗撕裂性）。
适用材料
橡胶（如轮胎橡胶、密封圈）、塑料薄膜（如 PE 薄膜）、纺织品（如帆布、针织布）、皮革（如人造革、天然革）。
关键测试参数
撕裂强度（撕裂过程中的最大力值，或单位厚度的撕裂力，如橡胶的裤型撕裂强度、薄膜的埃莱门多夫撕裂强度）。
实用场景
轮胎橡胶的抗撕裂性能检测、包装薄膜的抗穿刺撕裂评估、纺织品的耐用性测试。
07
其他专项测试（需配合专用夹具/附件）
除上述核心测试外，搭配专用夹具或附件，还可实现更多针对性测试：
疲劳测试
配合疲劳控制模块，对样品施加周期性的力或位移（如反复拉伸-压缩、弯曲），测试材料的抗疲劳性能（如金属的疲劳寿命、橡胶的耐疲劳老化性）。
蠕变/松弛测试
在恒定温度下，对样品施加恒定力（蠕变）或恒定位移（松弛），长期记录变形或力值的变化，分析材料的长期力学稳定性（如塑料在长期负载下的蠕变变形、橡胶的应力松弛）。
摩擦磨损测试
配合摩擦磨损附件，模拟材料间的滑动或滚动摩擦，测试摩擦系数和磨损量（如金属表面涂层的耐磨性、塑料零件的摩擦性能）。
扣合力/插拔力测试
配合专用夹具，测试连接件（如塑料卡扣、电子连接器）的扣合强度或插拔力（如手机充电口的插拔寿命测试）。
PCB 板弯曲测试获取的载荷-位移曲线
水凝胶循环拉伸测试获取的载荷-位移曲线
PET 薄膜的弹性模量和泊松比测定
碳纤维增强塑料的多孔拉伸强度试验
基于金属材料应变速率控制的拉伸试验
本文源自微信公众号：中科蓝海ZKBO
原文标题：《力学性能测试之万能试验机》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/iIajF6-q8mYJxw_FdTeCxw
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