了解試驗(yàn)機(jī)剛度是什么，就要先從“剛度”這個(gè)概念入手。剛度，一般指材料或結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征。根據(jù)剛度的定義引申，“試驗(yàn)機(jī)剛度^①”指的是試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)（包括主機(jī)框架、作動(dòng)器、傳感器、夾具等）整體抵抗變形的能力，通常定義為施加的載荷與試驗(yàn)機(jī)在該載荷下產(chǎn)生的變形（或位移）的比值。

值得注意的是， “剛度”的概念則要與“強(qiáng)度”進(jìn)行區(qū)分：強(qiáng)度是指構(gòu)件或者零部件在外力作用下，抵御破壞（斷裂）或者顯著變形的能力?？偠灾?/span>剛度是結(jié)構(gòu)的“抗變形能力”，強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)的“抗破壞能力”。

【①《GB/T 17200-2008橡膠塑料拉力、壓力和彎曲試驗(yàn)機(jī)（恒速驅(qū)動(dòng)）技術(shù)規(guī)范 》，11】

試驗(yàn)機(jī)剛度的重要性體現(xiàn)在試驗(yàn)機(jī)剛度直接影響試驗(yàn)結(jié)果的精確度。

簡(jiǎn)單來說，剛度描述了試驗(yàn)機(jī)本身在施加載荷時(shí)“有多硬”，試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣施加載荷時(shí)，其自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)也在承受著同樣的反作用力。

試驗(yàn)機(jī)剛度越大，施加相同載荷時(shí)試驗(yàn)機(jī)自身的形變?cè)叫?；反之，剛度越小，試?yàn)機(jī)自身的形變就越大。

試驗(yàn)機(jī)傳感器測(cè)量到的總位移是試樣變形和試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)變形之和。若試驗(yàn)機(jī)剛度達(dá)不到要求，試驗(yàn)機(jī)就會(huì)像彈簧一樣發(fā)生形變，這部分形變產(chǎn)生的位移就會(huì)被傳感器記錄，從而嚴(yán)重污染采集到的原始數(shù)據(jù)，這就導(dǎo)致我們對(duì)試樣真實(shí)變形的測(cè)量精度大幅降低。

綜上，試驗(yàn)機(jī)剛度在材料力學(xué)性能測(cè)試（如拉伸、壓縮、彎曲、疲勞）中至關(guān)重要。

現(xiàn)在我們以巖石三軸試驗(yàn)機(jī)為例來解釋試驗(yàn)機(jī)剛度的重要性。

若三軸試驗(yàn)機(jī)剛度小于巖石類材料剛度的話，試驗(yàn)機(jī)在施加載荷時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能就會(huì)大于巖石試樣儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能。

當(dāng)試樣承受的載荷達(dá)到極限值時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋，其承載能力大幅降低，導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存的大量彈性勢(shì)能立即釋放，對(duì)試樣施加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過極限強(qiáng)度的附加載荷，使試樣突然崩壞，導(dǎo)致試驗(yàn)提前結(jié)束，影響巖石試樣“應(yīng)力-應(yīng)變曲線的峰后曲線”的獲得。

因此《T-CSRME007-2021巖石真三軸試驗(yàn)規(guī)程》要求試驗(yàn)機(jī)剛度要遠(yuǎn)大于被測(cè)試樣的最大剛度，且不宜小于5GN/m。

試驗(yàn)機(jī)剛度受其各部件剛度的影響，如加載機(jī)架、緊固螺栓、加載作動(dòng)器活塞桿、加載桿、力傳感器、夾具壓板等機(jī)械部件和液壓油柱等，這些部件的剛度直接或間接影響了組裝后試驗(yàn)機(jī)整體的剛度。

在組成試驗(yàn)機(jī)的各個(gè)部件中，試驗(yàn)機(jī)機(jī)架作為支撐整個(gè)試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)的部件，它的作用就相當(dāng)于一座房子的房梁與地基，直接承受試驗(yàn)機(jī)在工作時(shí)所受到的反作用力。因此，試驗(yàn)機(jī)機(jī)架的剛度對(duì)試驗(yàn)機(jī)整體的剛度影響最大。

試驗(yàn)機(jī)機(jī)架均可認(rèn)為由2個(gè)承載梁和承載柱對(duì)稱布置組成的封閉機(jī)架，其承載后的狀態(tài)如下圖，左為承載之前，右為承載之后。

機(jī)架剛度取決于機(jī)架材料以及整體結(jié)構(gòu)，因此設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)材料，選用適合尺寸的部件，并采用緊湊結(jié)構(gòu)方能保證機(jī)架剛度要求。

以中機(jī)試驗(yàn)自主研發(fā)的巖石三軸試驗(yàn)機(jī)為例，根據(jù)被測(cè)試樣及其試驗(yàn)需求匹配了不同的機(jī)架，比如用于測(cè)試軟巖、瀝青等路面材料的三軸試驗(yàn)機(jī)一般采用四柱式框架，保障整體剛度大于1GN/m；而用于測(cè)試硬巖的三軸試驗(yàn)機(jī)則采用一體式封閉鑄造（或鍛造）機(jī)架，保證試驗(yàn)機(jī)剛度大于10GN/m，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

除了機(jī)架剛度以外，試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器、力傳感器、加載桿、夾具壓板等部件的剛度以及結(jié)構(gòu)也會(huì)影響試驗(yàn)機(jī)整體的剛度

總體來看，試驗(yàn)機(jī)剛度不僅取決于試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)受到試件的幾何尺寸和變形性質(zhì)影響，而在其組成試驗(yàn)機(jī)的各個(gè)部件中，機(jī)架剛度對(duì)試驗(yàn)機(jī)剛度的影響比重最大，試驗(yàn)機(jī)機(jī)架的剛度直接決定了試驗(yàn)機(jī)剛度，因此設(shè)計(jì)剛性試驗(yàn)機(jī)時(shí)應(yīng)盡量采用緊湊的整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有必要在試驗(yàn)機(jī)組裝完成后測(cè)量其實(shí)際剛度。

通過本期的探討，我們理解了試驗(yàn)機(jī)剛度“是什么”以及“為何重要”，同時(shí)也了解了構(gòu)筑試驗(yàn)機(jī)剛度的關(guān)鍵部件以及它們是如何影響試驗(yàn)機(jī)剛度的。

中機(jī)試驗(yàn)系列專欄的下一期，我們將繼續(xù)圍繞試驗(yàn)機(jī)剛度，與您共同探討試驗(yàn)機(jī)剛度能否通過定量測(cè)量從而衡量試驗(yàn)機(jī)是否達(dá)標(biāo)。我們期待與您繼續(xù)同行，共同探尋試驗(yàn)機(jī)技術(shù)深處的奧秘。