材料卡片包含材料的各種物理性能參數，是材料進行力學仿真分析不可缺少的組成部分。

卡片開發時，需依據卡片輸入要求及工程分析需要，設計試驗矩陣，進行材料性能測試；處理試驗曲線，獲得材料的彈性、塑性和斷裂力學行為，主要包括：

彈性行為：計算彈性模量、泊松比、密度等。

塑性行為：計算不同應力狀態（拉伸、壓縮、剪切等）準靜態下塑性應力應變曲線及動態單向拉伸塑性應力應變曲線，塑性泊松比等。

斷裂行為：通過準靜態下各應力狀態試驗，建立相對應的仿真模型，通過模擬對標的方法確定斷裂點的等效失效應變與應力三軸度的關系，確定準靜態下的失效準則。通過動態單向拉伸試驗（或其他應力狀態動態試驗）確定等效失效應變和應變率的關系，模擬動態下的失效準則。以及其余參數標定。

簡言之，材料卡片開發流程：材料試驗→材料卡片建立→非失效段標定→失效段標定。

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其中材料卡片的建立需求材料的基礎數據，通常包含密度、彈性模量、泊松比、靜態拉伸曲線、動態拉伸曲線、靜態雙向拉伸曲線、靜態壓縮曲線、靜態壓縮曲線。這些材料性能參數的獲取方法，我們之前在公開課中已經講到過——直播回顧 | 內附PPT，《力學仿真所需材料參數獲取及應用分享》

隨著大家希望仿真結果貼近實際工況的需求日益增多，獲取材料的靜態剪切工程應力-應變曲線/真實應力-應變曲線/力-位移曲線、靜態壓縮工程應力-應變曲線/真實應力-應變曲線/力/位移曲線、靜態穿孔力-位移曲線，成為了力學仿真過程中必須使用到的材料性能參數，國高材分析測試中心結合DIC測量技術，擁有完善的力學仿真所需材料參數的全套獲取能力，今天為大家分享材料剪切、壓縮和穿孔性能參數獲取方法。

1、試驗方法

壓縮跟剪切試驗需要結合DIC技術進行應變監測，測試前需在樣品表面制作散斑，穿孔試驗一般無需測試應變。各試驗樣品如圖1~圖3。

2、具體試驗

2.1 剪切測試

剪切條件：試驗速度2mm/min，應力數據采集頻率每秒1個~4個，結合DIC技術進行應變檢測，拍攝幀數最小60fps，視頻儲存是選擇跳幀保存，以確保應力數據與應變數據間隔一致。測試過程中夾具夾持力足夠，試樣無滑脫現象。夾持時需按標準的扭力要求進行試樣固定，不然會造成試樣夾具斷裂，如圖4。

夾具安裝要求：夾具安裝后無松動等，如圖5~圖7。配合溫度箱使用時無尺寸過大等異常，且相機能通過視窗清晰拍攝到樣品，如圖8~圖10。

剪切結果曲線如圖11~圖12，從曲線可以看出試彈性變形階段平穩上升無異常，屈服階段出現階梯現象是因為試樣纖維斷裂導致的。對于強度大的材料，上下夾具在試驗過程中會發生往中間偏離的現象，如圖13~圖14，可能是拉力機上下拉桿過長導致的。

2.2 壓縮試驗

壓縮條件：試驗速度1.3mm/min，應力數據采集頻率每秒1個~4個，結合DIC技術進行應變檢測，拍攝幀數最小60fps，視頻儲存是選擇跳幀保存，以確保應力數據與應變數據間隔一致。壓縮夾具未發生滑脫現象，擰緊時需使用標準要求的扭力。為了使應變數據更為準確合理，需要對不同失效（彎曲或分層破壞等）位置的試樣選擇舍棄。

圖16試樣失效（彎曲）發生在中間且向后彎曲，此種失效方式DIC測出的應變數據最準確。圖17試樣失效（彎曲）發生在中間但向前彎曲，虛擬引伸計位置選擇不當會導致應變先增大后變小，與應變的單調增長/減小規律不相符。圖18試樣因分層破壞失效位置靠近夾具邊緣，所拍攝到的試樣表面會逐漸缺失，導致應變數據的缺失或者偏小。圖17和圖18失效模式的試樣數據應該舍棄。

2.3 穿孔試驗

主要測試表征材料的破壞力與破壞位移，一般無需DIC技術配合測試。測試速度3mm/min，根據需求選取不同直徑的壓頭測試，選擇合適的預應力，并在壓頭末端處貼特氟龍膠帶，以減小壓頭與試樣的摩擦力。測試結果曲線如圖19，可以測出材料的最大破壞力與最大力對應的破壞位移。

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