力学测试记录

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本记录的测量对象

本测试测量点阵样品本身的低应变压缩刚度。样品直接置于刚性压板之间，不装入PZT、氧化铝均压板或PZT夹盒。PZT装置中的实际传递力在后续力–电同步测试中另行测量。

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一、测试目的与范围

力学基线用于回答两个问题：

1. 本地打印样品的低应变刚度能否形成稳定、可重复的测量结果；
2. 六构型的本地刚度排序是否与导师论文Table 7的压缩弹性模量排序一致。

导师论文采用压缩弹性模量，单位为MPa；本项目测量结构等效刚度，单位为N/mm。两者只比较排序，不直接比较绝对数值。

本记录不包含最大承载力、压缩强度、比吸能、压溃、加载至失效或破坏性疲劳。

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二、固定测试条件

项目	设定	记录要求
加载方式	准静态压缩，位移控制	上下压板保持平行
预载	20 N	达到预载后设置位移零点
加载速度	0.5 mm/min	加载和卸载速度均记录
位移范围	0–0.10 mm	从20 N预载位置起算
循环数	3次	每次加载至0.10 mm后卸载至预载
数据使用	前2次预调理，第3次计算刚度	三个循环的原始曲线全部保留
刚度拟合区间	0.02–0.08 mm	使用修正后的样品位移
线性拟合要求	暂定$R^2\ge 0.99$	作为曲线检查条件，不作为自动排除样品的条件
结束条件	第3次卸载至预载后停止	卸载后检查样品

正式测试前需确认试验机能够在0.10 mm行程内稳定控制和记录位移。若设备分辨率或控制波动无法支持该范围，先暂停正式样品测试并调整测量方案。

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三、设备与位移修正

3.1 设备记录

日期	操作者	试验机/设备编号	载荷传感器及量程	位移传感器及编号	压板/夹具编号	采样率	温度/湿度	备注
—	—	—	—	—	—	—	—	—

位移优先使用跨样品或跨压板LVDT。正式样品应使用同一种位移测量方法；若测试期间更换传感器或夹具，应建立新的设备记录和柔度记录。

3.2 试验机与夹具柔度

使用刚性钢块替代点阵样品，在与正式测试相同的压板和力范围内测量横梁位移随载荷的变化。

柔度记录编号	日期	钢块尺寸/材料	压板与夹具配置	拟合力范围 (N)	柔度$C_m$ (mm/N)	$R^2$	原始文件	备注
MC-01	—	—	—	—	—	—	—	—

以20 N预载位置为参考点：

$$\Delta F=F-F_0$$

若采用横梁位移，样品位移按下式修正：

$$\delta =\Delta x_{crosshead}-C_m\Delta F$$

若采用跨样品LVDT，则使用：

$$\delta =\Delta x_{LVDT}$$

不得将未经柔度修正的横梁位移与LVDT位移混入同一主分析。

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四、逐件测试步骤

1. 核对样品编号及样品清单中的验收状态；只有验收合格样品进入测试。
2. 检查压板清洁度和平行度，确认样品加载方向与打印记录及后续PZT测试一致。
3. 建立本次运行编号并开始保存力、横梁位移和LVDT数据；未使用的通道也应在记录中注明。
4. 以低速接近样品，施加20 N预载，稳定后记录$F_0$和位移零点。
5. 从预载位置压缩至0.10 mm，再卸载至20 N，共完成3个循环。
6. 记录每个循环的最大力、曲线异常、滑移和声音；前两个循环不用于正式刚度值。
7. 第3次卸载后移除样品，检查断杆、层间开裂和明显永久变形。
8. 保存原始文件，更新本记录及样品清单。

测试不得在0.10 mm后继续加载。

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五、刚度计算与曲线判定

使用第3次加载支路，在修正位移0.02–0.08 mm区间拟合：

$$\Delta F=k\delta +b$$

其中$k$为低应变等效刚度，单位为N/mm。处理记录必须保存拟合点范围、斜率、截距、$R^2$和处理脚本或软件版本。

暂按以下方式标记曲线：

标记	判定	处理
VALID_LINEAR	$R^2\ge 0.99$，且未发现装夹或样品异常	记录$k$作为主刚度值
NONLINEAR_BASELINE	$R^2<0.99$，但无装夹、采集或样品损伤证据	保留结果，不自动排除；检查曲线是否为样品固有非线性
INVALID_SETUP	存在滑移、间隙、传感器饱和、采集丢失或控制异常	原运行保留，排除该次运行后重新测试
SAMPLE_DAMAGE	测试中出现断杆、开裂或明显永久变形	停止测试，并按样品清单记录退出

$R^2\ge 0.99$目前是暂定的线性检查要求。预实验结束后可以根据设备噪声和实际曲线确定是否调整；调整应在正式力学测试前完成并记录。

若预实验表明某类样品在固定区间内存在可重复的固有非线性，仍保留0.02–0.08 mm区间的拟合刚度并标记NONLINEAR_BASELINE。该类曲线是否进入主分析的规则必须在正式测试前统一确定，不得按构型分别制定。

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六、预实验力学记录

样品编号	运行编号	位移来源	三循环最大力 (N)	$k$ (N/mm)	$R^2$	曲线标记	测后检查	原始/结果文件
P-SS-01	—	—	—	—	—	—	—	—
P-SS-02	—	—	—	—	—	—	—	—
P-SS-03	—	—	—	—	—	—	—	—
P-FCC-01	—	—	—	—	—	—	—	—
P-FCC-02	—	—	—	—	—	—	—	—
P-FCC-03	—	—	—	—	—	—	—	—
P-TC-01	—	—	—	—	—	—	—	—
P-TC-02	—	—	—	—	—	—	—	—
P-TC-03	—	—	—	—	—	—	—	—

“三循环最大力”按第1、2、3循环顺序填写，例如120/118/117。预实验完成后检查SS、FCC和TC是否总体呈低—中—高趋势，并据此确认是否需要在每种5件的基础上增加样品，同时确认正式测试条件。

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七、正式样品力学记录

样品编号	运行编号	位移来源	三循环最大力 (N)	$k$ (N/mm)	$R^2$	曲线标记	测后检查	原始/结果文件
SS-01	—	—	—	—	—	—	—	—
SS-02	—	—	—	—	—	—	—	—
SS-03	—	—	—	—	—	—	—	—
SS-04	—	—	—	—	—	—	—	—
SS-05	—	—	—	—	—	—	—	—
BCC-01	—	—	—	—	—	—	—	—
BCC-02	—	—	—	—	—	—	—	—
BCC-03	—	—	—	—	—	—	—	—
BCC-04	—	—	—	—	—	—	—	—
BCC-05	—	—	—	—	—	—	—	—
FCC-01	—	—	—	—	—	—	—	—
FCC-02	—	—	—	—	—	—	—	—
FCC-03	—	—	—	—	—	—	—	—
FCC-04	—	—	—	—	—	—	—	—
FCC-05	—	—	—	—	—	—	—	—
CB-01	—	—	—	—	—	—	—	—
CB-02	—	—	—	—	—	—	—	—
CB-03	—	—	—	—	—	—	—	—
CB-04	—	—	—	—	—	—	—	—
CB-05	—	—	—	—	—	—	—	—
DC-01	—	—	—	—	—	—	—	—
DC-02	—	—	—	—	—	—	—	—
DC-03	—	—	—	—	—	—	—	—
DC-04	—	—	—	—	—	—	—	—
DC-05	—	—	—	—	—	—	—	—
TC-01	—	—	—	—	—	—	—	—
TC-02	—	—	—	—	—	—	—	—
TC-03	—	—	—	—	—	—	—	—
TC-04	—	—	—	—	—	—	—	—
TC-05	—	—	—	—	—	—	—	—

若预实验后增加正式样本量，应先同步更新本表和样品清单。正式数量不减少到每种5件以下。

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八、六构型结果汇总

导师论文Table 7的压缩弹性模量排序为：

$$\mathrm{SS}<\mathrm{BCC}<\mathrm{FCC}<\mathrm{CB}<\mathrm{DC}<\mathrm{TC}$$

构型	Table 7排序	有效样本量	本地刚度均值 (N/mm)	标准差 (N/mm)	本地排序	备注
SS	1	—	—	—	—	—
BCC	2	—	—	—	—	—
FCC	3	—	—	—	—	—
CB	4	—	—	—	—	—
DC	5	—	—	—	—	—
TC	6	—	—	—	—	—

统计量	结果
Spearman相关系数$\rho$	—
$p$值	—
排序差异说明	—

Table 7仅用于排序比较。导师论文Figure 12附近的文字顺序与Table 7数值存在差异，具体记录见六种点阵构型对比。

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九、数据归档检查

• 设备、载荷传感器、位移传感器和压板编号已记录；
• 当前夹具配置的柔度记录已完成；
• 每个样品的三个循环原始数据均已保存；
• 原始文件未被处理后数据覆盖；
• 修正位移、拟合区间、$k$、截距和$R^2$已保存；
• 异常运行、重复测试和退出原因已保留；
• 测后外观检查已同步到样品清单；
• 六构型汇总及排序比较已完成。