了解試驗機剛度是什么，就要先從“剛度”這個概念入手。剛度，一般指材料或結構在受力時抵抗彈性變形的能力，是材料或結構彈性變形難易程度的表征。根據剛度的定義引申，“試驗機剛度^①”指的是試驗機系統（包括主機框架、作動器、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機在該載荷下產生的變形（或位移）的比值。

值得注意的是， “剛度”的概念則要與“強度”進行區分：強度是指構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。總而言之，剛度是結構的“抗變形能力”，強度是結構的“抗破壞能力”。

【①《GB/T 17200-2008橡膠塑料拉力、壓力和彎曲試驗機（恒速驅動）技術規范 》，11】

試驗機剛度的重要性體現在試驗機剛度直接影響試驗結果的精確度。

簡單來說，剛度描述了試驗機本身在施加載荷時“有多硬”，試驗機對試樣施加載荷時，其自身的機械結構也在承受著同樣的反作用力。

試驗機剛度越大，施加相同載荷時試驗機自身的形變越小；反之，剛度越小，試驗機自身的形變就越大。

試驗機傳感器測量到的總位移是試樣變形和試驗機系統變形之和。若試驗機剛度達不到要求，試驗機就會像彈簧一樣發生形變，這部分形變產生的位移就會被傳感器記錄，從而嚴重污染采集到的原始數據，這就導致我們對試樣真實變形的測量精度大幅降低。

綜上，試驗機剛度在材料力學性能測試（如拉伸、壓縮、彎曲、疲勞）中至關重要。

現在我們以巖石三軸試驗機為例來解釋試驗機剛度的重要性。

若三軸試驗機剛度小于巖石類材料剛度的話，試驗機在施加載荷時儲存的彈性勢能就會大于巖石試樣儲存的彈性勢能。

當試樣承受的載荷達到極限值時會出現裂紋，其承載能力大幅降低，導致試驗機內儲存的大量彈性勢能立即釋放，對試樣施加遠遠超過極限強度的附加載荷，使試樣突然崩壞，導致試驗提前結束，影響巖石試樣“應力-應變曲線的峰后曲線”的獲得。

因此《T-CSRME007-2021巖石真三軸試驗規程》要求試驗機剛度要遠大于被測試樣的最大剛度，且不宜小于5GN/m。

試驗機剛度受其各部件剛度的影響，如加載機架、緊固螺栓、加載作動器活塞桿、加載桿、力傳感器、夾具壓板等機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機整體的剛度。

在組成試驗機的各個部件中，試驗機機架作為支撐整個試驗機結構的部件，它的作用就相當于一座房子的房梁與地基，直接承受試驗機在工作時所受到的反作用力。因此，試驗機機架的剛度對試驗機整體的剛度影響最大。

試驗機機架均可認為由2個承載梁和承載柱對稱布置組成的封閉機架，其承載后的狀態如下圖，左為承載之前，右為承載之后。

機架剛度取決于機架材料以及整體結構，因此設計機架時應選用優質材料，選用適合尺寸的部件，并采用緊湊結構方能保證機架剛度要求。

以中機試驗自主研發的巖石三軸試驗機為例，根據被測試樣及其試驗需求匹配了不同的機架，比如用于測試軟巖、瀝青等路面材料的三軸試驗機一般采用四柱式框架，保障整體剛度大于1GN/m；而用于測試硬巖的三軸試驗機則采用一體式封閉鑄造（或鍛造）機架，保證試驗機剛度大于10GN/m，滿足相關標準要求。

除了機架剛度以外，試驗機的作動器、力傳感器、加載桿、夾具壓板等部件的剛度以及結構也會影響試驗機整體的剛度

總體來看，試驗機剛度不僅取決于試驗機的結構尺寸，同時受到試件的幾何尺寸和變形性質影響，而在其組成試驗機的各個部件中，機架剛度對試驗機剛度的影響比重最大，試驗機機架的剛度直接決定了試驗機剛度，因此設計剛性試驗機時應盡量采用緊湊的整體結構，同時也有必要在試驗機組裝完成后測量其實際剛度。

通過本期的探討，我們理解了試驗機剛度“是什么”以及“為何重要”，同時也了解了構筑試驗機剛度的關鍵部件以及它們是如何影響試驗機剛度的。

中機試驗系列專欄的下一期，我們將繼續圍繞試驗機剛度，與您共同探討試驗機剛度能否通過定量測量從而衡量試驗機是否達標。我們期待與您繼續同行，共同探尋試驗機技術深處的奧秘。