一、引言
在材料科学、机械制造、建筑工程、航空航天以及科研教育等领域，材料的力学性能测试始终是基础性工作。无论是金属、塑料、橡胶、复合材料，还是纺织品、生物医用材料，它们的强度、刚度和延展性等力学性能参数，直接决定了产品的质量与安全性。电子万能试验机（Electronic Universal Testing Machine，简称 电子万能机）正是这一领域中应用最为广泛的测试设备之一。
顾名思义，该设备几乎可以完成“万能”的力学性能测试，主要包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂等试验，因此得名“万能试验机”。而平时最常用的则是拉伸和压缩。
二、电子万能试验机的工作原理与组成
电子万能试验机的核心是通过 精密传感器 + 高刚度机架 + 精密驱动系统 + 计算机控制软件 来实现对材料的加载与数据采集。其基本组成如下：
机架部分
通常由上下横梁、立柱和工作台组成，提供刚性支撑。
根据容量大小可分为单柱式、双柱式等结构。
加载与传动系统
多采用 伺服电机 + 丝杠传动，实现平稳且可控的拉伸或压缩加载。
伺服系统能够保证加载速度、位移精度和力控模式的稳定性。
力传感器
关键部件之一，通常为高精度拉压双向传感器，测量范围覆盖从几牛顿到上百千牛。
其精度直接关系到测试结果的可信度。
引伸计（伸长测量装置）
用于精确测量试样的变形量，常见有机械引伸计、光学引伸计和视频引伸计。
控制与数据采集系统
现代电子万能机普遍配备计算机软件，具备 加载控制、实时显示、数据采集、自动分析 等功能。
用户可根据标准（如ISO、ASTM、GB等）自动生成应力–应变曲线，并计算弹性模量、屈服强度、抗拉强度等参数。
三、拉伸试验
拉伸试验 是电子万能试验机最常见、应用最广泛的测试方法。
试验目的
测定材料的 抗拉强度、屈服强度、延伸率、弹性模量 等。
用于评价金属的韧性，塑料和橡胶的延展性，纤维和纺织品的强度等。
试样准备
金属材料多采用标准棒状试样（有平行段与标距）。
橡胶、塑料常为哑铃型试样，以保证受力均匀。
操作过程
将试样两端夹持在上下夹具中。
设定拉伸速度（如1 mm/min 或 50 mm/min，根据标准）。
加载至试样断裂，记录全过程的力与位移数据。
结果分析
弹性模量E：曲线初始线性段斜率。
屈服点σs：出现明显塑性变形的应力。
抗拉强度σb：最大应力值。
断后伸长率δ：反映材料延展性。
生成应力–应变曲线。
计算：
对塑性材料，曲线呈明显的屈服平台；对脆性材料，曲线几乎直接断裂。
四、压缩试验
压缩试验 常用于金属块体、泡沫材料、混凝土、木材等的抗压性能测定。
试验目的
测定材料的 抗压强度、压缩模量、屈服应力。
对泡沫材料，还用于研究其缓冲性能。
试样与加载
试样常为立方体、圆柱体或长方体。
将试样放置于上下压盘之间，加载直至压碎或达到规定应变。
数据处理
记录压缩力与位移数据，换算为应力–应变曲线。
分析材料在受压下的破坏模式，例如脆裂破坏、屈服鼓胀等。
五、弯曲试验
电子万能试验机也常用于 三点弯曲、四点弯曲 试验。
适用材料：金属、塑料、复合材料、木材等。
主要指标：弯曲强度、弯曲模量。
测试方法：
将试样两端放在支座上，中间加载。
根据跨距、荷载和挠度关系计算弯曲应力与模量。
典型应用：评估塑料板材的刚性、复合材料的层间性能、建筑结构材料的抗弯性能。
六、其他测试功能
除了拉伸、压缩、弯曲外，电子万能机还可以配合不同夹具完成：
剥离试验（粘接强度评估）
撕裂试验（橡胶、薄膜材料）
剪切试验（金属板材、焊点强度）
循环加载（研究疲劳与滞回特性）
七、数据处理与分析
电子万能试验机的价值不仅在于加载，更在于 数据的采集、处理与结果分析。
实时数据采集
传感器记录力、位移、时间。
软件自动换算应力、应变。
自动曲线绘制
应力–应变曲线、荷载–位移曲线、力–时间曲线。
参数自动计算
抗拉强度、屈服点、断裂应变、弹性模量。
对复合材料，甚至可计算层间剪切强度。
标准化结果输出
支持 GB、ASTM、ISO、DIN 等国际标准。
自动生成试验报告，包括曲线、数据表格、统计分析结果。
高级数据处理
对多组数据进行统计分析，获得平均值、标准差。
应用于科研时，可进一步进行本构模型拟合，建立材料力学行为方程。
八、样品准备
在进行任何力学性能测试之前，试样的制备质量直接影响测试结果的可靠性。如果试样尺寸、加工精度或表面状态不符合标准，都会造成应力集中、变形不均匀，进而导致测试结果偏差。因此，在使用电子万能试验机前，必须严格按照相关标准进行样品准备。
1. 金属材料
形状与尺寸：
金属拉伸试样一般分为圆形和平行矩形两类，常带有标距段与过渡圆弧，以减少夹持处应力集中。圆形试样：直径常见有Φ5 mm、Φ10 mm等。
板状试样：厚度2–10 mm，常制成哑铃形。
加工方法：
应采用车削、铣削或线切割等机械加工，保持尺寸精度和表面光洁度，避免划痕与裂纹。表面处理：
不得有氧化皮、毛刺等，以防止提前断裂。
2. 塑料与橡胶材料
形状与尺寸：
塑料与橡胶多采用 哑铃形试样，以确保在标距部分断裂而不是夹持端。
常见标准如 GB/T 1040、ISO 527 中规定了不同厚度与宽度的规格。制样方法：
由模压、注塑成型或裁切获得。成型后需 调湿、调温（如23℃、50%RH环境下放置48小时），以消除残余应力和水分对力学性能的影响。
3. 纤维与纺织品
单纤维：长度需大于一定倍数（如100 mm以上），两端用纸框或夹持片固定，避免夹持损伤。
纺织品或织带：裁取宽度、长度均符合标准，边缘需整齐，不能有毛边和破损。
4. 泡沫与复合材料
泡沫材料：常制成立方体或圆柱体，表面应光滑，尺寸误差控制在±0.5 mm以内。
复合材料：根据试验目的，可切割成长条状或矩形板，注意保持纤维方向一致，避免分层或裂纹。
5. 混凝土与建筑材料
混凝土：常见立方体试样（150×150×150 mm）或圆柱体（直径100 mm，高200 mm）。需在标准养护条件下养护28天后再测试。
木材：应保证无明显节疤和裂纹，按纤维方向取样，以反映真实力学性能。
6. 样品标识与数量
每组试验通常需要不少于5个试样，以保证统计结果的可靠性。
每个试样都需编号，并在报告中记录材料批次、尺寸、加工方法等信息。
九、应用领域
电子万能试验机广泛应用于：
金属工业：钢铁、铝合金强度测试。
塑料橡胶：汽车零部件、包装材料性能研究。
纺织行业：纤维、织物拉伸与撕裂强度。
建筑材料：混凝土、木材抗压抗弯性能。
生物医学：骨科植入物、生物材料力学测试。
科研教育：高校和研究所用于教学和基础研究。
十、结论
电子万能试验机作为现代材料测试的核心设备，凭借其 高精度、自动化、多功能 的优势，几乎涵盖了力学性能评价的所有基础试验。通过对材料进行拉伸、压缩、弯曲等测试，研究人员和工程师能够获得关键的力学参数，从而指导产品设计、工艺改进和质量控制。随着传感器与软件技术的发展，未来的电子万能试验机将更加智能化、自动化，甚至可与人工智能、大数据结合，实现材料性能预测与优化，为科学研究和工业生产提供更为强大的支持。