材料双轴拉伸试验通过在试样的两个正交方向同时施加独立的拉伸载荷，用以研究材料在平面应力状态下的力学行为。其设备系统的设计与配置直接影响试验数据的有效性和可靠性。合理的设备选择需综合考虑试验目标、材料特性、载荷范围及控制精度等多方面因素。
一、核心加载装置的选择考量
材料双轴拉伸试验机的核心在于其加载系统，主要有两种主流构型：十字形加载框架与多作动器独立加载系统。
十字形加载框架通常采用一个刚性龙门结构，四个作动器分别沿平面两个正交方向对称布置，通过杠杆或联动机构对置于中心的十字形试样四个臂同时施加载荷。这种构型结构紧凑，机械同步性较好，适用于要求两个方向位移或载荷保持特定比例的试验。其设计重点在于确保四个加载点的同步精度与框架的刚性，以减少不必要的约束和附加弯矩。
多作动器独立加载系统通常采用多个独立的直线作动器，每个作动器通过夹具直接夹持试样的一臂。这种配置具有更高的灵活性，每个方向的载荷和位移均可独立闭环控制，能够实现复杂的非比例加载路径。该系统对控制器的多通道协同控制能力要求较高。
选择时，应优先明确试验所需的加载路径控制能力。若主要进行比例加载研究，十字形框架可能更为简洁有效；若需研究复杂非比例加载、循环加载或模拟特定应力历史，则独立作动器系统更为适宜。同时，需评估设备的载荷容量、行程范围能否覆盖待测材料的预期响应。
二、测量与控制系统的配置要求
精确的测量与稳定的控制是获得有效数据的基础。
载荷测量：每个加载轴应配备独立的高精度力传感器。传感器量程应匹配预期最大载荷，并具有良好的线性度、滞后性和信噪比。需注意夹具和连接部件的重量对测量的影响，必要时进行软件调零补偿。
应变测量：双轴应变场的测量是关键也是难点。接触式方法，可直接测量局部应变，但可能受安装影响。非接触式全场应变测量技术，能获得试样表面的全场应变分布，非常适合双轴试验，但需配置相应的相机、照明系统和分析软件。
位移控制与协调：控制系统必须具备多通道协调控制能力。除了能对每个作动器进行独立的位移或载荷控制外，更重要的是能够实现多个通道之间按照预设关系进行协调运动。控制系统的稳定性、响应速度及同步精度直接影响复杂加载路径的实现效果。
三、夹具与试样的设计考量
夹具是将载荷有效传递至试样的接口。其设计需确保载荷沿试样臂轴线方向施加，减少偏心和附加弯矩。通常采用铰接或自对中设计，允许夹具在加载过程中有小幅度的转动自由度以适应试样的变形。夹持面应能提供足够的摩擦力或通过机械互锁防止打滑，同时避免对试样造成局部压溃。
试样通常设计为十字形，其核心测试区域位于中心。设计目标是确保中心区域处于均匀的双轴应力状态。这需要通过优化十字形臂的几何形状和尺寸，使应力集中尽可能远离测量区域，并使破坏发生在中心区域。试样的制备工艺需保证其几何尺寸精确、边缘质量良好。
四、辅助系统与环境箱集成
根据研究需要，设备可能需要集成环境模拟装置。腐蚀环境试验需配置溶液槽。环境箱的设计需考虑对光学测量窗口的兼容性，并尽量减少对加载系统的刚性干扰。
软件也是重要组成部分。除了控制与数据采集，软件应能方便地定义复杂的加载程序，实时显示多通道数据与图像，并支持试验后数据的处理与分析。
材料双轴拉伸试验设备的选型与配置是一个系统工程。应从加载需求、测量精度、控制能力、试样设计及环境模拟等方面进行综合权衡。核心原则是确保所选配置能够准确、可靠地复现研究所关注的应力状态与加载历史，从而为理解材料的复杂本构行为提供高质量的试验数据支持。
