背景描述

在高速拉伸測試過程中，基于一個假設條件：試樣的延伸都發生在平行段內，可由該公式求得試驗速度v=應變率*平行段長度。但實際測試過程中，試樣的延伸往往不止發生在平行段內，還會在試樣頸部或肩部區域，這就導致了實際應變率與設定應變率總有差異。

本研究通過對比不同樣條的測試結果，優選出應變率最精確的試樣類型，從而提升測試精度，最終得到準確的應力-應變曲線。實驗利用DIC技術測量試樣的應變，散斑圖作為DIC技術的不可缺少的部分有著重要的意義。散斑圖是指具有一定灰度分布的數字圖像，試驗中如何制作穩定有效的散斑圖能提高樣條的應變測試結果。

案例解決過程

（1）試驗材料與儀器與樣條類型

實驗儀器圖：帶高速相機的高速拉伸試驗機

（2）DIC應變測量方法原理

測試前在試樣表面制作散斑，使用高速攝像機拍攝拉伸的全過程，然后用計算機處理所拍到的數字圖像（散斑圖），通過對比試樣表面在變形前后的散斑圖，運用相關算法求出試樣的全場位移與應變。不同應變率試驗高速攝像機需使用不同的拍攝幀數，應變率越高拍攝幀數也要相應地提高。為保證處理數據能得到應力-應變曲線，高速攝像機的拍攝幀數需與高速拉伸試驗機的力值采集頻率相同。原理簡示圖如圖1，計算機通過分析虛擬引伸計的長度變化得出試樣的應變-時間曲線。

圖1試樣的應變-時間曲線

案例結果與分析

（1）樣條的斷裂現象分析

1A、1B、1BA、Type 3試樣均為啞鈴型。啞鈴型設計是為了避免斷裂發生在標距外的情況，標距外的斷裂會導致測試結果出現偏離。試驗結果表明啞鈴型試樣在標距內斷裂，結果有效，而直條型試樣斷裂在夾鉗位置，結果無效。

圖2試樣斷裂

（2）應變-時間曲線分析

高速相機拍攝拉伸的整個過程，再通過計算機DIC技術得出試樣從拉伸開始到斷裂的應變-時間曲線，如圖10~12。

圖13和圖14分別是兩種材料不同樣條的斷裂伸長率對比圖，可看出直條型試樣的斷裂伸長率結果明顯小于其余四種樣條，究其原因是鉗口斷裂導致的。

應變率公式為a=dε/dt，因此對應變-時間曲線進行線性擬合求斜率可以得出試樣的實際應變率，試樣的實際應變率越接近設定應變率，測試結果越準確。

通過分析工程應力-應變曲線，可得出試樣的屈服應力數據如圖18和圖19。試驗材料填充PP料和玻纖增強料屬于應變率敏感材料，即材料的屈服應力隨著應變率的提高而增大。由圖18所示規律可以看出，填充PP料材料的5種試樣類型屈服應力結果均符合應變率敏感規律，但100s-1的應力值低于其它4種試樣的結果。圖19則顯示出玻纖增強料材料的1A、1B、1BA、Type 3試樣屈服應力符合規律，直條型試樣高應變率的屈服應力反而下降，不符合事實規律，同樣的100s-1的應力值也低于其它4種試樣的結果。出現以上現象同樣是直條型試樣鉗口斷裂導致的，因此直條型試樣不具備應用可能。

另一方面，通過應力-應變曲線，對1A、1B、1BA、Type 3試樣的力值震蕩幅度進行評估，結果如表3所示。

在高速拉伸試驗中，力值震蕩是難以避免的。由表3可見，兩種材料1BA試樣的力值震蕩幅度最小，具體規律表現為填充PP料：1BA＜1A＜1B＜Type 3，玻纖增強料：1BA＜1A＜Type 3＜1B。優先采用震蕩幅度小的試樣進行高速拉伸試驗。

（4）斷口形貌分析

填充PP料的形貌顯示出現不規整的凸起，截面粗糙，表現為韌性斷裂的特征。玻纖增強料形貌顯示出現大量的纖維和孔洞，有纖維與樹脂的拔出、纖維撕扯、斷裂等痕跡。

案例結論

通過對實驗結果的分析對比，綜合考慮斷裂現象、力值震蕩、實際/設定應變率差距等多方因素，可以得出使用1A和1BA型試樣獲得的測試結果優異。測試填充PP材料時優選1BA試樣，玻纖增強材料優選1A或1BA試樣。

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