Page 26 - 理化检验-物理分册2018第四期

李华卫, 等: 基于拉伸变形本质行为的试验方法探讨

[ １２ ] 可
,
把温度和速率的影响单独分开来研究, 由图 １ CM 则由式( １５ ) 可得
知, 宏观弹性阶段的拉伸温度和速率不仅影响屈服强 æ m ×S ０ö
ΔL总 ＝ e×Δt L c＋ ÷ ( １６ )
ç
度, 也影响抗拉强度, 甚至还影响材料断裂的性质. è CM ø
式中: Δt 为位移时间; σ 为 Δt 时间内应力变化; ΔF
为 Δt 时间内力值变化; S 为应变部分的截面积; E
为弹性模量; ε 为 Δ t 时间内的应变量; V 为位移速
率; ΔL 为 总 变 形 量; L 为 应 变 产 生 部 分 的 原 始 长
度; R 为应力速率; e 为应变速率; Δ L系 为试验机系
统产生的等效弹性变形; L系 为产生等效弹性变形
硬件的等效间距; S系 为产生等效弹性变形硬件的
等效面积; E系 为产生等效弹性变形硬件的等效弹
图 １ 拉伸温度和速率对应力 Ｇ 应变曲线的影响 性模量; Δ L c 为试样平行部分的弹性变形; L c 为试样
Fi g 敭１ Theinfluenceoftensiletem p eratureandrate
平行部分的长度; S ０ 为试样平行部分的原始截面积;
onstressＧstraincurves
E c 为试样的弹性模量; ΔL总 为试验机横梁位移.
５ GB / T２２８．１－２０１０ 中附录 F 和刚度修正 由于拉伸试验中各阶段均受试验速率的影响,
因此在条件允许的情况下, 对拉伸速率的一致性提
刚度修正的问题在业界引起的争议较大, 值得
出要求 [ １３ ] 是科学的、 严谨的.基于速率一致性的目
注意的是刚度修正首先要忽略拉伸试样的滑动, 基
的, 在横梁位移的拉伸方法不会被取消的条件下, 进
于这个前提刚度修正才能成立.
行拉伸过程的刚度修正也是大势所趋.刚度修正不
ΔF
σ＝ ＝E × ε ( ５ ) 仅可适用于弹性阶段, 同样也适用于屈服阶段, 并不
S
是把仅适用于弹性阶段的 Hooke 定律应用于屈服
V ＝ e×L ( ６ )
阶段 [ １４ ] .由式( １６ ) 可知, 屈服阶段的斜率 m 是一
ΔL
ε＝ ( ７ ) 个动态变化的数值, 即使是不考虑夹持过程中试样
L
相对于 夹 具 的 滑 移 ( 这 种 滑 移 或 多 或 少 也 是 存 在
ΔF
＝R ×Δt ( ８ )
S 的), 屈服阶段的刚度修正也应该是一个动态过程,
R ＝E × e ( ９ ) 因此 刚 度 修 正 在 实 际 应 用 中 实 施 的 难 度 较 大.
ΔL总 ＝ΔL c＋ΔL系 ( １０ ) GB / T２２８．１－２０１０ 附录 F 中建议采用 R p ０．２ 附近的
把式( ７ ) 带入式( ５ ) 得 某时刻曲线斜率来代表整个动态过程的斜率 m [ １５ ] ,
这本身就具有近似性或不准确性, 这也是刚度修正
Δ F ×L c
Δ L c＝ ( １１ )
E c×S ０ 引起争议较大的原因 [ １６ ] .
同理得 文献[ １１ ] 中 ２１ 家实验室拉伸验证试验中试验
ΔF ×L系 机的刚度修正系数为 ２~２５ , 而测试 R p ０．２ 时引伸计
Δ L系 ＝ ( １２ )
E系 ×S系
控制方 式 比 横 梁 位 移 控 制 方 式 的 速 率 快 ２２％ ~
－１
Δ F ×L c ΔF ×L系 [ １１ ] ( 方法 ２ 采用 ０．９mm min 的横梁位移速
Δ L总 ＝ ＋ ( １３ ) ７４％
E系 ×S系
E c×S ０
－１
率, 方法 ４ 采用标距内 ０．０００２５s 的应变速率).
把式( ８ ) 和式( ９ ) 代入式( １３ ) 得
如按 ２~２５ 的刚度修正系数进行计算, 理论计算表
ΔF ×L系
Δ L总 ＝ e×L c×Δt＋ ( １４ ) 明测试 R p ０．２ 时引伸计控制方式的速率比横梁位移
E系 ×S系
控制方式的速率快 ５０％~９６％ , 这说明刚度修正系
æ E c×S ０ ×L系 ö
ΔL总 ＝ e×L c×Δt１＋ ÷ ( １５ ) 数 ２~２５ 与速率差别 ２２％~７４％ 相矛盾.这可能
ç
è E系 ×S系 ×L cø
是刚度修正系数的问题, 即刚度修正系数与实际夹
æ E c×S ０ ×L系 ö
令 K ＝ １＋ ÷ , 则 Δ L总 / ΔL c＝ 持过程中试样相对于夹具的滑移以及斜率 m 未能
ç
è E系 ×S系 ×L cø
K , 而 K 可求得. 动态考虑有关; 也可能是引伸计控制方式与横梁位
移方式速率比较时的差错.
E系 ×S系
(
令 m＝E c 应力 Ｇ 应变曲线的斜率), ＝
L系 笔者认为, 比较可行的方法是: ① 尽量减小实际
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