摆锤式冲击试验机能量损失检测方法的比较与分析

　　0 引言

　　摆锤式冲击试验机是利用悬挂在具有足够刚度的机架上的特制摆锤，冲击以某种方式安装在支座上的试样，根据试样破断前后摆锤的能量差，评价被冲击试样的韧性或脆性的试验机。按照试样的支撑方式，摆锤式冲击试验机主要分为夏比式 ( Charpy) 冲击试验机 ( 简支梁式冲击试验机) 和艾式 ( Izod) 冲击试验机 ( 悬臂梁式冲击试验机) ，除此之外还有拉伸冲击试验机。上述试验机可检测的能量损失包括: 指针摩擦引起的能量损失; 空气阻力和摆轴轴承摩擦引起的能量损失。

　　关于指针摩擦引起的能量损失，国际标准 ISO 148- 2[1]、国际标准 ISO 13802[2]、国家标准 GB/T 3808[3]、GB / T 21189[4]、国家计量检定规程 JJG 145[5]，给出了相同的检测方法和计算公式; 美国材料试验协会标准ASTM E23[6]给出了不同的检测方法和计算方法。

　　关于空气阻力和摆轴轴承的摩擦引起的能量损失，ISO 148 - 2 ( GB / T 3808) 、JJG 145 和 ISO 13802 ( GB /T 21189) ，给出了类似的检测方法，却给出了不同的计算公式，其中某些计算公式值得商榷; ASTM E23 给出了不同的检测方法和计算公式。

　　1 检测方法和计算公式的比较

　　1. 1 指针摩擦引起的能量损失

　　ISO 148 - 2 ( GB / T 3808) 、JJG 145 和 ISO 13802( GB/T 21189) 给出了相同的检测方法和计算公式:以常规方式操作试验机，但支座上不放试样，摆锤空击，记录升角 β1或能量 E1。不调整指针位置，进行第二次试验，记录升角 β2或能量 2，摆锤上升期间指针摩擦引起的能量损失 p 由公式 ( 1) 或公式 ( 2) 计算

式 ( 1) 中: M 为摆锤力矩 ( 冲击常数) ，Nm。

　　1. 2 空气阻力和轴承摩擦在半周期内引起的能量损失

　　ISO 148 - 2 ( GB / T 3808) 和 JJG 145 给出了相同的检测方法: 测出 β2或后 E2后，将摆锤提升至初始位置，不重调指针，无冲击和振动地释放摆锤，让其摆动10 个“半周期”。第 11 个 “半周期”开始时，将指针调到约为度盘满量程的5%处，冲击结束后记录 β3或 E3的值。

　　ISO 13802 ( GB / T 21189) 给出的检测方法略有不同: 在获得 E2后，让摆锤摆动 10 个 “完整周期”，在摆动第 10 次开始时将指针重置，完成第 10 次摆动之后，指针被驱动几个分度，记录读数 E3。

　　关于空气阻力和轴承摩擦在半周期内引起的能量损失 p'，ISO 148 - 2 ( GB/T 3808) ，JJG 145 和 ISO13802 ( GB / T 21189) 给出了不同的计算公式。ISO 148- 2 ( GB / T 3808) 中的 p'由公式 ( 3) 或公式 ( 4) 计算; JJG 145 中的 p'由公式 ( 5) 或公式 ( 6) 计算;ISO 13802 ( GB / T 21189) 中的 p' 由公式 ( 7 ) 计算。计算公式详见表 1。