基于高速液壓伺服試驗機的材料動態拉伸試驗是獲得中低應變率力學性能的主要手段，但如何獲得材料的動態拉伸載荷、動態應變，以及失效過程的熱耗散數據是試驗測試的關鍵。就像飛機在服役過程中結構可能會遭受鳥撞、應急墜撞等沖擊載荷的作用，如飛機機頭和機翼結構是飛鳥、冰雹等外來物沖擊的密切關注部位，飛機機體下部結構則需進行抗墜撞設計以提高其適墜性。飛機結構在沖擊載荷作用下，材料的力學行為相較準靜態加載需考慮應變率效應的影響，即隨著加載應變率的提高，材料往往呈現出一定的應變率敏感性。以往研究表明，高強度材料的強度極限和失效應變等參數隨著應變率的提高會發生顯著變化，因此，為準確進行飛機結構的抗沖擊設計和分析，需通過試驗手段獲得材料的動態力學性能參數。

一般而言，應變率范圍10-1s-1～103s-1為中低應變率狀態，處于該范圍左右兩端之外的則分別為準靜態和高應變率狀態。需要說明的是在不同的應變率范圍，需匹配不同的試驗設備進行力學性能測試，如圖1所示，如準靜態范圍一般通過常規的靜態試驗機，中低應變率范圍則一般通過高速液壓伺服試驗機，而高應變率范圍則一般采用霍普金森桿試驗裝置。相較而言，中低應變率范圍內的材料動態力學性能測試方法尚沒有準靜態和高應變率下的測試方法成熟，主要體現為基于高速液壓伺服試驗機的材料中低應變率動態拉伸試驗相對較少，在關鍵試驗參數測試、試驗數據處理等方面有待進一步形成共識。

圖1 典型材料在不同應變率范圍的試驗裝置

高速拉伸試驗機

霍普金森桿

材料的動態應變測試

材料力學性能試驗中應變測試的常規方法包括應變電測法和引伸計測量方法。但受限于常規應變片使用量程的限制，無法測量材料的塑性變形全過程。而材料動態拉伸試驗為瞬態破壞過程，傳統機械引伸計易發生損壞也不適用。因此，在材料動態拉伸試驗中，常規的接觸式應變測試手段無法適用。

數字圖像相關方法（digital image correlation， DIC）是應用計算機視覺技術的一種光學測量方法，因操作簡單、精度高，可在非接觸條件下進行全場變形測量等特點，在試驗力學領域已獲得越來越廣泛的應用。考慮不同的應用場景，非接觸應變測試可分為基于灰度匹配和基于特征匹配等方法。其中，基于灰度匹配的測量原理是由圖像采集裝置記錄被測物體位移或變形前后的兩幅散斑圖，經模數轉換得到兩個數字灰度場，對數字灰度場做相關運算，找到相關系數極值點，得到相應的位移或變形，再經過適當的數值差分計算獲得試樣表面的位移場和應變場，其簡易原理如圖2所示。散斑圖像可布置為白色襯底上形成黑色斑點，為了較好地匹配試驗件表面變形點，斑點尺寸一般至少包括3～4個像素，圖3為典型的材料動態拉伸應變測試應用。

圖2 DIC方法的測量原理圖

圖3 DIC應變測試

利用光學技術的應變測量方法還包括視頻伸長計方法，通過在試樣關注部位標識兩個跟蹤點，利用圖像分析軟件跟蹤兩個標識點的移動來測試試驗件的變形，進而計算出標距段的應變，如圖4所示。此方法雖不能獲得試樣的全場變形信息，但可在關注幅面中任意設置測量的標距位置，且計算效率更高，也常用于材料的動態拉伸應變測試。

圖4 視頻伸長計原理圖

國高材分析測試中心高應變率測試系統

系統參數

拉伸速度：0.01~12 m/s

最大載荷：25 KN

采集頻率：~5MHz

作動器總行程：250 mm

驅動裝置：液壓伺服式驅動

測試溫度：-40～150℃

應變測量：非接觸式引伸計

（線掃相機、高速相機橫梁位移傳感器）

可輸出結果

0.01～100/s應變速率測試

-40 ℃ ～150℃范圍測試

工程應力-應變曲線

屈服應力

斷裂伸長率

斷裂強度……