了解试验机刚度是什么，就要先从“刚度”这个概念入手。刚度，一般指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力，是材料或结构弹性变形难易程度的表征。根据刚度的定义引申，“试验机刚度^①”指的是试验机系统（包括主机框架、作动器、传感器、夹具等）整体抵抗变形的能力，通常定义为施加的载荷与试验机在该载荷下产生的变形（或位移）的比值。

值得注意的是， “刚度”的概念则要与“强度”进行区分：强度是指构件或者零部件在外力作用下，抵御破坏（断裂）或者显著变形的能力。总而言之，刚度是结构的“抗变形能力”，强度是结构的“抗破坏能力”。

【①《GB/T 17200-2008橡胶塑料拉力、压力和弯曲试验机（恒速驱动）技术规范 》，11】

试验机刚度的重要性体现在试验机刚度直接影响试验结果的精确度。

简单来说，刚度描述了试验机本身在施加载荷时“有多硬”，试验机对试样施加载荷时，其自身的机械结构也在承受着同样的反作用力。

试验机刚度越大，施加相同载荷时试验机自身的形变越小；反之，刚度越小，试验机自身的形变就越大。

试验机传感器测量到的总位移是试样变形和试验机系统变形之和。若试验机刚度达不到要求，试验机就会像弹簧一样发生形变，这部分形变产生的位移就会被传感器记录，从而严重污染采集到的原始数据，这就导致我们对试样真实变形的测量精度大幅降低。

综上，试验机刚度在材料力学性能测试（如拉伸、压缩、弯曲、疲劳）中至关重要。

现在我们以岩石三轴试验机为例来解释试验机刚度的重要性。

若三轴试验机刚度小于岩石类材料刚度的话，试验机在施加载荷时储存的弹性势能就会大于岩石试样储存的弹性势能。

当试样承受的载荷达到极限值时会出现裂纹，其承载能力大幅降低，导致试验机内储存的大量弹性势能立即释放，对试样施加远远超过极限强度的附加载荷，使试样突然崩坏，导致试验提前结束，影响岩石试样“应力-应变曲线的峰后曲线”的获得。

因此《T-CSRME007-2021岩石真三轴试验规程》要求试验机刚度要远大于被测试样的最大刚度，且不宜小于5GN/m。

试验机刚度受其各部件刚度的影响，如加载机架、紧固螺栓、加载作动器活塞杆、加载杆、力传感器、夹具压板等机械部件和液压油柱等，这些部件的刚度直接或间接影响了组装后试验机整体的刚度。

在组成试验机的各个部件中，试验机机架作为支撑整个试验机结构的部件，它的作用就相当于一座房子的房梁与地基，直接承受试验机在工作时所受到的反作用力。因此，试验机机架的刚度对试验机整体的刚度影响最大。

试验机机架均可认为由2个承载梁和承载柱对称布置组成的封闭机架，其承载后的状态如下图，左为承载之前，右为承载之后。

机架刚度取决于机架材料以及整体结构，因此设计机架时应选用优质材料，选用适合尺寸的部件，并采用紧凑结构方能保证机架刚度要求。

以中机试验自主研发的岩石三轴试验机为例，根据被测试样及其试验需求匹配了不同的机架，比如用于测试软岩、沥青等路面材料的三轴试验机一般采用四柱式框架，保障整体刚度大于1GN/m；而用于测试硬岩的三轴试验机则采用一体式封闭铸造（或锻造）机架，保证试验机刚度大于10GN/m，满足相关标准要求。

除了机架刚度以外，试验机的作动器、力传感器、加载杆、夹具压板等部件的刚度以及结构也会影响试验机整体的刚度

总体来看，试验机刚度不仅取决于试验机的结构尺寸，同时受到试件的几何尺寸和变形性质影响，而在其组成试验机的各个部件中，机架刚度对试验机刚度的影响比重最大，试验机机架的刚度直接决定了试验机刚度，因此设计刚性试验机时应尽量采用紧凑的整体结构，同时也有必要在试验机组装完成后测量其实际刚度。

通过本期的探讨，我们理解了试验机刚度“是什么”以及“为何重要”，同时也了解了构筑试验机刚度的关键部件以及它们是如何影响试验机刚度的。

中机试验系列专栏的下一期，我们将继续围绕试验机刚度，与您共同探讨试验机刚度能否通过定量测量从而衡量试验机是否达标。我们期待与您继续同行，共同探寻试验机技术深处的奥秘。