測(cè)定材料的力學(xué)性能的主要設(shè)備是材料試驗(yàn)機(jī)。常用的材料試驗(yàn)機(jī)有拉力試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)等。能兼作拉伸、壓縮、剪切、彎曲等多種實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)稱為萬能試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)加力的性質(zhì)可分為靜荷試驗(yàn)機(jī)和動(dòng)荷試驗(yàn)機(jī)。供靜力實(shí)驗(yàn)用的萬能材料試驗(yàn)機(jī)有液壓式、機(jī)械式、電子式等類型。下面將著重介紹這三種類型的萬能試驗(yàn)機(jī)。
一、加載系統(tǒng)
在底座上由兩根固定立柱和固定橫梁組成承載框架。工作油缸固定于框架上。在工作油缸的工作活塞上，支承著由上橫梁、活動(dòng)立柱和活動(dòng)平臺(tái)組成的活動(dòng)框架。當(dāng)油泵啟動(dòng)時(shí)，油液通過送油閥，經(jīng)送油管進(jìn)入工作油缸，把工作活塞連同活動(dòng)平臺(tái)一同頂起。這樣，如把試樣安裝于上夾頭和下夾頭之間，由于下夾頭固定，上夾頭隨活動(dòng)平臺(tái)上升，試樣將受到拉伸。若把試樣置放于兩個(gè)承壓墊板之間，或?qū)⑹軓澰嚇又梅庞趦蓚€(gè)彎曲支座上，則因固定橫梁不動(dòng)而活動(dòng)平臺(tái)上升，試樣將分別受到壓縮或彎曲。此外，實(shí)驗(yàn)開始前如欲調(diào)整上、下夾頭之間的距離，則可開動(dòng)調(diào)位電機(jī)，驅(qū)動(dòng)螺桿，便可使下夾頭上升或下降。但調(diào)位電機(jī)不能用來給試樣施加拉力。
二、測(cè)力系統(tǒng)
加載時(shí)，開動(dòng)油泵電機(jī)，打開送油閥，油泵把油液送入工作油缸頂起工作活塞給試樣加載；同時(shí)，油液經(jīng)回油管及測(cè)力油管（這時(shí)回油閥是關(guān)閉的，油液不能流回油箱），進(jìn)入測(cè)力油缸，壓迫測(cè)力活塞、使它帶動(dòng)拉桿向下移動(dòng)，，從而迫使擺桿和擺錘連同推桿繞支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)。推桿偏轉(zhuǎn)時(shí)，推動(dòng)齒桿作水平移動(dòng)，于是驅(qū)動(dòng)示力盤的指針齒輪，使示力指針繞示力度盤的中心旋轉(zhuǎn)。示力指針旋轉(zhuǎn)的角度與測(cè)力油缸活塞上的總壓力（即拉桿所受拉力）成正比。因?yàn)闇y(cè)力油缸和工作油缸中油壓壓強(qiáng)相同，兩個(gè)油缸活塞上的總壓力成正比（活塞面積之比）。這樣，示力指針的轉(zhuǎn)角便與工作油缸活塞上的總壓力，亦即試樣所受載荷成正比。經(jīng)過標(biāo)定便可使指針在示力度盤上直接指示載荷的大小。
試驗(yàn)機(jī)一般配有重量不同的擺錘，可供選擇。對(duì)重量不同的擺錘，使示力指針轉(zhuǎn)同樣的轉(zhuǎn)角，所需油壓并不相同，即載荷并不相同。所以，示力度盤上由刻度表示的測(cè)力范圍應(yīng)與擺錘的重量相匹配。以WE－300試驗(yàn)機(jī)為例，它配有A、B、C三種擺錘。擺錘A對(duì)應(yīng)的測(cè)力范圍為0～60kN，A＋B對(duì)應(yīng)0～150kN，A＋B＋C對(duì)應(yīng)0～300kN。
開動(dòng)油泵電機(jī)，送油閥開啟的大小可以調(diào)節(jié)油液進(jìn)入工作油缸的快慢，因而可用以控制增加載荷的速度。開啟回油閥，可使工作油缸中的油液經(jīng)回油管泄回油箱，從而卸減試樣所受載荷。
實(shí)驗(yàn)開始前，為消除活動(dòng)框架等的自重影響，應(yīng)開動(dòng)油泵送油，將活動(dòng)平臺(tái)升高10mm左右。然后調(diào)節(jié)測(cè)力部分的平衡鉈，使擺桿保持垂直位置，并使示力指針指在零點(diǎn)。
試驗(yàn)機(jī)上一般還有自動(dòng)繪圖裝置。它的工作原理是，活動(dòng)平臺(tái)上升時(shí)，由繞過滑輪的拉繩帶動(dòng)滾筒繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒圓柱面上構(gòu)成沿周線表示位移的坐標(biāo)；同時(shí)齒桿的移動(dòng)構(gòu)成沿滾筒軸線表示載荷的坐標(biāo)。這樣，實(shí)驗(yàn)時(shí)繪圖筆在滾筒上就可自動(dòng)繪出載荷－位移曲線。當(dāng)然，這只是一條定性曲線，不是很準(zhǔn)確的。
三、操作規(guī)程和注意事項(xiàng)
1、根據(jù)試樣尺寸和材料，估計(jì)載荷，選定相應(yīng)的示力度盤和擺錘重量。需要自動(dòng)繪圖時(shí)，事先應(yīng)將滾筒上的紙和筆裝妥。
2、先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開動(dòng)油泵電機(jī)。待油泵工作正常后，開啟送油閥將活動(dòng)平臺(tái)升高約10mm，以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，安裝好試樣，調(diào)整示力度盤指針使它指在零點(diǎn)。
3、安裝拉伸試樣時(shí)，可開動(dòng)調(diào)位電機(jī)3以調(diào)整下夾頭位置，試樣安裝好后就不能再啟動(dòng)調(diào)位電機(jī)。
4、緩慢開啟送油閥，給試樣平穩(wěn)加載。應(yīng)避免油閥開啟過大進(jìn)油太快。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中，注意不要觸動(dòng)擺桿或擺錘。
5、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性實(shí)驗(yàn)先取下試樣，再緩緩打開回油閥將油液放回油箱。非破壞性實(shí)驗(yàn)，自然應(yīng)先開回油閥卸載，才能取下試樣。