高速拉伸的案例
技術(shù)研究 | 為了提高高速拉伸測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性，我們都長(zhǎng)”斑“了
背景描述
在高速拉伸測(cè)試過程中，基于一個(gè)假設(shè)條件：試樣的延伸都發(fā)生在平行段內(nèi)，可由該公式求得試驗(yàn)速度v=應(yīng)變率*平行段長(zhǎng)度。但實(shí)際測(cè)試過程中，試樣的延伸往往不止發(fā)生在平行段內(nèi)，還會(huì)在試樣頸部或肩部區(qū)域，這就導(dǎo)致了實(shí)際應(yīng)變率與設(shè)定應(yīng)變率總有差異。
本研究通過對(duì)比不同樣條的測(cè)試結(jié)果，優(yōu)選出應(yīng)變率最精確的試樣類型，從而提升測(cè)試精度，最終得到準(zhǔn)確的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)利用DIC技術(shù)測(cè)量試樣的應(yīng)變，散斑圖作為DIC技術(shù)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(shù)字圖像，試驗(yàn)中如何制作穩(wěn)定有效的散斑圖能提高樣條的應(yīng)變測(cè)試結(jié)果。
案例解決過程
（1）試驗(yàn)材料與儀器與樣條類型
實(shí)驗(yàn)儀器圖：帶高速相機(jī)的高速拉伸試驗(yàn)機(jī)
（2）DIC應(yīng)變測(cè)量方法原理
測(cè)試前在試樣表面制作散斑，使用高速攝像機(jī)拍攝拉伸的全過程，然后用計(jì)算機(jī)處理所拍到的數(shù)字圖像（散斑圖），通過對(duì)比試樣表面在變形前后的散斑圖，運(yùn)用相關(guān)算法求出試樣的全場(chǎng)位移與應(yīng)變。不同應(yīng)變率試驗(yàn)高速攝像機(jī)需使用不同的拍攝幀數(shù)，應(yīng)變率越高拍攝幀數(shù)也要相應(yīng)地提高。為保證處理數(shù)據(jù)能得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，高速攝像機(jī)的拍攝幀數(shù)需與高速拉伸試驗(yàn)機(jī)的力值采集頻率相同。原理簡(jiǎn)示圖如圖1，計(jì)算機(jī)通過分析虛擬引伸計(jì)的長(zhǎng)度變化得出試樣的應(yīng)變-時(shí)間曲線。
圖1試樣的應(yīng)變-時(shí)間曲線
案例結(jié)果與分析
（1）樣條的斷裂現(xiàn)象分析
1A、1B、1BA、Type 3試樣均為啞鈴型。啞鈴型設(shè)計(jì)是為了避免斷裂發(fā)生在標(biāo)距外的情況，標(biāo)距外的斷裂會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)偏離。試驗(yàn)結(jié)果表明啞鈴型試樣在標(biāo)距內(nèi)斷裂，結(jié)果有效，而直條型試樣斷裂在夾鉗位置，結(jié)果無效。
圖2試樣斷裂
（2）應(yīng)變-時(shí)間曲線分析
高速相機(jī)拍攝拉伸的整個(gè)過程，再通過計(jì)算機(jī)DIC技術(shù)得出試樣從拉伸開始到斷裂的應(yīng)變-時(shí)間曲線，如圖10~12。
展開 國(guó)高材分享 | 如何準(zhǔn)確獲得應(yīng)變速率0.001/s 至1000/s區(qū)間的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
在應(yīng)變速率0.001/s至1000/s區(qū)間內(nèi)，要獲得不同數(shù)量級(jí)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，需要不同的測(cè)試設(shè)備，即準(zhǔn)靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)和高速拉伸試驗(yàn)機(jī)。準(zhǔn)靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)可滿足應(yīng)變速率0.001/s至10/s（準(zhǔn)靜態(tài)拉伸應(yīng)變速率）下的測(cè)試，高速拉伸試驗(yàn)機(jī)可滿足應(yīng)變速率10/s至1000/s（高速拉伸應(yīng)變速率）下的測(cè)試。
所以，“如何獲得應(yīng)變速率0.001/s 至1000/s區(qū)間的應(yīng)力-應(yīng)變曲線”這一問題，可轉(zhuǎn)化成“如何將兩套工作原理不同的測(cè)試設(shè)備測(cè)得的結(jié)果完美且可靠地整合在一起”。回答此問題，需要從以下四個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（一）試樣設(shè)計(jì)
試樣幾何尺寸不一樣，尤其是試樣的平行部長(zhǎng)寬不一樣，即使是同一臺(tái)測(cè)試設(shè)備，獲得的測(cè)試結(jié)果也會(huì)不一樣。因此在不同的測(cè)試設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試，試樣的平行部長(zhǎng)寬必須一致。
我們知道高速拉伸試驗(yàn)機(jī)具有其倔強(qiáng)性（局限性），所以試樣的設(shè)計(jì)只能以高速拉伸試樣為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試樣，讓準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)的試樣遷就高速拉伸試驗(yàn)機(jī)的試樣，沒有其他選擇。準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試樣的平行部長(zhǎng)寬與高速拉伸試樣的平行部長(zhǎng)寬一致，只是試樣個(gè)子（總長(zhǎng)）高些。
（二）應(yīng)變測(cè)量
在常規(guī)拉伸試驗(yàn)中，應(yīng)變測(cè)量設(shè)備一般有機(jī)械接觸式引伸計(jì)、激光引伸計(jì)、光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)等。既能用于準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測(cè)試又能用于高速拉伸測(cè)試，當(dāng)屬激光引伸計(jì)和光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。論測(cè)量信息的豐富度，似乎光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)又要?jiǎng)僖换I。為了獲得應(yīng)變速率0.001/s 至1000/s區(qū)間可靠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的一方-應(yīng)變,暫且選用光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)作為應(yīng)變的測(cè)量設(shè)備。
展開 技術(shù)分享 | 樣條類型對(duì)汽車用PP高應(yīng)變率測(cè)試的影響
經(jīng)過計(jì)算，1A,1BA,S3A樣條的高速拉伸測(cè)試所得應(yīng)力－應(yīng)變曲線中（圖1、圖2、圖3)屈服前近直線段的斜率相應(yīng)為718.00,3910.00,1262.22。
采用1BA樣條測(cè)試時(shí)，載荷加載速度最快，S3A樣條次之。因此，當(dāng)采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行車用PP的高速拉伸測(cè)試時(shí)，優(yōu)選1BA樣條。
2.4樣條類型對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試的影響
斷裂伸長(zhǎng)率一直是拉伸測(cè)試關(guān)注的焦點(diǎn)，它可以評(píng)價(jià)材料的力學(xué)性能、反應(yīng)材料的韌性。采用1A,1BA,S3A樣條進(jìn)行應(yīng)變速率為100.00,10.00,1.00,0.10,0.01s^-1的拉伸測(cè)試，得出斷裂伸長(zhǎng)率如表3所示。
表3 樣條在不同應(yīng)變速率下的斷裂伸長(zhǎng)率
PP是應(yīng)變敏感性材料，即斷裂伸長(zhǎng)率隨著應(yīng)變速率的增加而降低。采用1A樣條與1BA樣條測(cè)試時(shí)，得出的應(yīng)變速率與斷裂伸長(zhǎng)率的關(guān)系與此規(guī)律相符。而采用S3A樣條測(cè)試時(shí)得出的應(yīng)變速率與斷裂伸長(zhǎng)率的關(guān)系是無規(guī)律的。所以，從測(cè)試斷裂伸長(zhǎng)率角度出發(fā)，當(dāng)采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試時(shí)，優(yōu)選1A與1BA樣條。
結(jié)論
Conclusion
當(dāng)采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行車用PP測(cè)試時(shí)：a)1BA樣條測(cè)試效果相對(duì)較好，建議在條件允許的情況下，盡量不選擇S3A樣條進(jìn)行高速拉伸測(cè)試；b)3種試樣載何震蕩效果上都存在缺點(diǎn)，高速拉伸的試樣規(guī)格需要進(jìn)一步優(yōu)化；c)雖然測(cè)試的是同一種材料，但是只是改變了樣條的形式，3種樣條測(cè)試得出的屈服應(yīng)力有很大差異，其原因則有待進(jìn)一步探索。
展開 室溫下金屬圓棒試樣高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)影響因素分析
圖2 1s?1應(yīng)變速率下鑄鋁及鑄鐵的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
2.4 應(yīng)變測(cè)試方法對(duì)高速拉伸試驗(yàn)的影響
分別使用一臺(tái)相機(jī)和兩臺(tái)相機(jī)對(duì)鑄鐵及鑄鋁的拉伸試驗(yàn)進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試，見圖3和圖4。可見每個(gè)試樣的應(yīng)變和力曲線對(duì)應(yīng)的時(shí)間軸完全同步。
圖3 一臺(tái)相機(jī)下鑄鋁和鑄鐵的應(yīng)變-時(shí)間和力-時(shí)間曲線
無論鑄鐵還是鑄鋁，在使用一臺(tái)相機(jī)測(cè)試時(shí)均會(huì)出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)引伸計(jì)兩點(diǎn)之間的應(yīng)變，在力還未達(dá)到最大值或最終斷裂時(shí)已捕捉不到散斑，而應(yīng)變提前終止的情況，即力-時(shí)間曲線上力降為0的時(shí)間大于應(yīng)變-時(shí)間曲線上應(yīng)變率最大的時(shí)間，也就是 T > t。而兩臺(tái)相機(jī)的應(yīng)變測(cè)試能很好地跟蹤試樣，指導(dǎo)力下降過零點(diǎn)，即T<t。
圖4 兩臺(tái)相機(jī)下鑄鋁和鑄鐵的應(yīng)變-時(shí)間和力-時(shí)間曲線
分析認(rèn)為，一臺(tái)相機(jī)捕捉的是二維平面上的散斑、而兩臺(tái)相機(jī)捕捉的是三維空間的散斑。圓棒試樣在快速拉伸時(shí)，散斑在三維空間變化，一臺(tái)相機(jī)就會(huì)因焦距變化，丟失散斑像素，從而拍不到原點(diǎn)變化，兩臺(tái)相機(jī)可在立體空間始終捕獲散斑，直至試樣拉斷。
2.5 試樣標(biāo)距對(duì)高速拉伸試驗(yàn)的影響
高速拉伸試驗(yàn)對(duì)試樣尺寸和加工質(zhì)量敏感，所以此次試驗(yàn)借鑒疲勞試驗(yàn)采用短標(biāo)距試樣，即標(biāo)距 L?＝10 mm；另外根據(jù)金屬板材高速拉伸標(biāo)準(zhǔn)，選取 L?＝20 mm 的試樣考察不同標(biāo)距長(zhǎng)度對(duì)鑄鐵力學(xué)性能的影響。通常隨著標(biāo)距的增加，高速拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)定位移速度也成比例增加，為了避免由于位移速度增加導(dǎo)致應(yīng)力波在試樣-夾具剛性連接處反射/透射而引起曲線振蕩，所測(cè)試樣螺紋末端與夾具螺紋末端均保留 2 mm 間隙，試驗(yàn)應(yīng)變速率取 100 s?1。
高速拉伸試驗(yàn)采用的應(yīng)力測(cè)試方法通常有兩種，即設(shè)備自帶的壓電式力傳感器和在夾具或試樣上貼的應(yīng)變片。
展開 
金屬圓棒膠粘接頭在高拉伸速率下的抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法
圖2 膠粘接頭典型失效模式
測(cè)試目的
本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)比相同膠粘對(duì)接接頭在不同溫度和不同拉伸速率下的抗拉強(qiáng)度以及失效模式，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示，同時(shí)結(jié)合客戶的關(guān)注點(diǎn)（曲線的異常分析，抗拉強(qiáng)度的重復(fù)性，失效模式的分析等）對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
表1 對(duì)接高速拉伸測(cè)試方案
測(cè)試方案
4.1 測(cè)試設(shè)備
高速拉伸試驗(yàn)機(jī)（上拉式），該設(shè)備最高可實(shí)現(xiàn)20m/s的拉伸速度。高速相機(jī)，拍攝視頻，分析樣品的失效過程。
圖3 國(guó)高材分析測(cè)試中心高速拉伸試驗(yàn)機(jī)配備高速相機(jī)
4.2 測(cè)試流程
1）樣品調(diào)節(jié)：測(cè)試前，樣品在相應(yīng)測(cè)試溫度的環(huán)境箱中放置至少2個(gè)小時(shí)，使樣品溫度達(dá)到測(cè)試溫度并均勻分布。
2）夾持樣品：樣品夾持有2種方式可供選擇，圖4（a）為楔形夾具直接夾持，圖4（b）通過基材與夾具上的穿孔用插銷固定，后者可以避免樣品在測(cè)試過程中打滑。在夾持時(shí)，應(yīng)保證樣品與夾具的對(duì)中，使受力沿軸線位置，夾持間距為80mm。
圖4 對(duì)接拉伸樣品夾持方式
3）調(diào)整相機(jī)：調(diào)整相機(jī)位置，調(diào)整光圈大小與焦距，使其聚焦到對(duì)接樣品的膠粘區(qū)域，如圖5所示。根據(jù)測(cè)試速度選擇合適的圖像采集頻率，本試驗(yàn)中使用10kHz的采集頻率。
圖5 高速相機(jī)拍攝畫面
結(jié)果分析
5.1 拉伸載荷-位移曲線及粘接強(qiáng)度
對(duì)接樣品在不同溫度以及拉伸速率下的載荷-位移曲線如圖7~9所示，曲線的斜率代表了對(duì)接樣品的整體剛度，由膠粘劑的拉伸模量、被粘基板的拉伸剛度、粘接面積等因素決定，可以看到，曲線初始階段力值隨位移緩慢增加，隨后曲線斜率增大，圖7（a）（b）（c），圖8（a）（c）更為明顯，這與如圖10所示高速相機(jī)拍攝的拉伸過程對(duì)應(yīng)。
展開 車用PP高應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線獲得方法研究
通常有兩種方法:采用方程擬合法;采用液壓原理的高速拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試。結(jié)果表明，采用方程擬合的方法可以得到比測(cè)試得出的最高應(yīng)變速率高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)的曲線及特征值；對(duì)于達(dá)到峰值應(yīng)力后應(yīng)力變化較小的曲線,方程擬合法準(zhǔn)確性較好，對(duì)于達(dá)到峰值應(yīng)力后應(yīng)力降低或增加的材料，方程擬合法的準(zhǔn)確度稍弱。
關(guān)鍵詞：高速拉伸 方程擬合法 直接測(cè)試法 非接觸式引伸計(jì) CAE分析
汽車在進(jìn)行碰撞過程中,整個(gè)過程只有0.1～0.2 s,會(huì)產(chǎn)生大量的能量吸收與轉(zhuǎn)移,而這個(gè)能量吸收與轉(zhuǎn)移的能力與材料有關(guān)。然而困擾汽車設(shè)計(jì)的一大難題就是選材。現(xiàn)階段,車用材料制備結(jié)構(gòu)件需要前期進(jìn)行更多的模擬試驗(yàn),CAE動(dòng)態(tài)分析是不可或缺的。而車用材料CAE分析面臨著動(dòng)態(tài)拉伸數(shù)據(jù)獲得難的問題,也就是說高應(yīng)變速率下(如應(yīng)變速率大于1 s-1)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線獲得相當(dāng)困難。需要材料在高應(yīng)變速率下的拉伸數(shù)據(jù)。
目前國(guó)際上針對(duì)非金屬材料的高速拉伸測(cè)試方法主要有兩個(gè):采用ISO 18872:2007《塑料高應(yīng)變速率下的拉伸性能測(cè)試》(由金發(fā)科技股份有限公司聯(lián)合其他單位已經(jīng)將其等效轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,以下簡(jiǎn)稱方程擬合法)和采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)直接進(jìn)行測(cè)試——直接測(cè)試法。方程擬合法是針對(duì)塑料高速拉伸測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算出塑料在高速下的力學(xué)性能。而直接測(cè)試法主要是指使用高速拉伸設(shè)備直接測(cè)試。
01測(cè)試原理
方程擬合法:依據(jù)ISO 527-2:2012,拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線在0.1～100 mm/s選定速度下測(cè)試獲得。同時(shí),測(cè)量泊松比隨應(yīng)變的變化。由測(cè)試結(jié)果,可計(jì)算出各應(yīng)變速率下的真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)塑性應(yīng)變值。通過數(shù)學(xué)函數(shù)方程可對(duì)各應(yīng)力-塑性應(yīng)變曲線進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。同時(shí),也可以建模分析此函數(shù)中的參數(shù)隨應(yīng)變速率的變化,從而外推得出較高應(yīng)變速率下的參數(shù)值。通過計(jì)算就可獲得較高應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
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展開 基于ABAQUS的直接式霍普金森拉桿SHTB仿真（附.cae.inp） ￥15
許多實(shí)際工況（如碰撞、爆炸）中材料可能承受高速拉伸載荷（如撕裂、韌性斷裂），直接施加動(dòng)態(tài)拉伸載荷能更真實(shí)地模擬材料在高速拉伸狀態(tài)下的失效行為，彌補(bǔ)壓桿試驗(yàn)的局限性。
本案例將介紹韌性材料的直接式霍普金森拉桿原理及其Abaqus仿真方法。
2.1 SHTB原理
直接式霍普金森拉桿SHTB（仿真）結(jié)構(gòu)
直接式霍普金森拉桿（SHTB）一種結(jié)構(gòu)形式如上圖所示。相比于常規(guī)壓縮試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)，SHTB裝置入射桿的加載端通過螺栓連接傳遞法蘭，撞擊桿設(shè)計(jì)為套筒結(jié)構(gòu)，套裝在入射桿上，套筒撞擊桿以一定速度撞擊傳遞法蘭，在入射桿加載端形成一個(gè)拉伸載荷脈沖。試樣與入射桿、透射桿通過連接結(jié)構(gòu)固定，連接方式有螺紋連接、粘膠連接以及卡具連接等。
實(shí)際SHTB裝置是套筒撞擊桿以一定速度撞擊傳遞法蘭，在入射桿加載端形成一個(gè)拉伸載荷脈沖。仿真時(shí)可采用兩種載荷加載方法：撞擊桿法是模擬試驗(yàn)基于撞擊桿撞擊產(chǎn)生加載載荷，等效載荷法，顧名思義是直接對(duì)入射桿加載端面施加等效加載載荷。
以下給出撞擊桿尺寸、速度與等效載荷脈寬、峰值換算關(guān)系：
（1）撞擊桿長(zhǎng)度 Lst 與載荷脈寬τi：
（2）撞擊桿速度V0與載荷峰值σi：
其中， Lst 為撞擊桿長(zhǎng)度， Cb 為桿件波速， ρb桿件密度。
2.2 仿真模型
直接式霍普金森拉桿SHTB仿真模型
根據(jù)試樣形狀及連接方式、加載方式設(shè)置6個(gè)作業(yè)模型：
仿真模型各部尺寸和參數(shù)如下：
三種試樣尺寸
三種試樣尺寸如圖，片狀試樣厚度2mm。
展開 家電的零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、跌落性能，如何做仿真分析？
泊松比獲取方法：
根據(jù)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)得材料的靜態(tài)拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線、材料的彈性模型；配合橫向引伸計(jì)和縱向引伸計(jì)計(jì)算得出材料的泊松比；或者用高速相機(jī)計(jì)算橫向和縱向變形計(jì)算泊松比。
應(yīng)力-應(yīng)變曲線：
用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)得材料在不同應(yīng)變率下的工程應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，然后計(jì)算出真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，再減去彈性變形，得到仿真分析用到的塑性應(yīng)變-應(yīng)力曲線。
2、跌落仿真分析速度慢：
3、跌落仿真分析結(jié)果精度偏低：目前帶包裝的跌落仿真的仿真度偏低是整個(gè)行業(yè)的弱勢(shì)，精度粗估在60%到75%左右吧。在包裝仿真方面，大家提出以下幾個(gè)觀點(diǎn)：
1）在配合包裝仿真分析的物理驗(yàn)證試驗(yàn)過程中，建議配上高速攝像機(jī)，國(guó)高材分析測(cè)試中心的高速拉伸試驗(yàn)機(jī)，配備高速相機(jī)，據(jù)說效果杠杠的；
2）包裝仿真一般是指方向，不求精確；
3）跌落仿真中基于材料參數(shù)，模型準(zhǔn)確性，模型完整性的原因，仿真度很難很高，同時(shí)在包裝崗位的仿真分析工作中，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力強(qiáng)度分析，根據(jù)分析結(jié)果評(píng)估包裝方案。
（材料仿真系列課程）
問題二：實(shí)際問題分析中如何計(jì)算受力大小？
Q：有一個(gè)問題咨詢下大家，一個(gè)插座通過許多插針固定在PCB板上，假設(shè)其可受力50N，如何通過仿真判斷其包裝是否可靠？插座上針都畫成網(wǎng)格很困難，只能虛擬裝配下，如何計(jì)算其跌落過程中受力大小？
觀點(diǎn)如下：
1）帶包裝的可靠性的話可以在跌落仿真中設(shè)置與實(shí)驗(yàn)條件等同的分析狀態(tài)進(jìn)行沖擊仿真，根據(jù)分析結(jié)果查看支座反力；
2） 汽車仿真比較關(guān)注網(wǎng)格質(zhì)量因素，在這方面包裝跌落仿真也可以參考下。
展開 滌綸長(zhǎng)絲的生產(chǎn)工藝路線
MOY的剩余拉伸倍數(shù)為2.1～2.4倍，拉伸變形速度為400～500m/min，可紡制55～88dtex的變形絲，超過110dtex時(shí)需將兩根絲條合股成一個(gè)筒子。此工藝的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量不及POY-DTY工藝。
三、高速紡絲工藝
高速紡絲的紡絲速度為3000～3600m/min，可制得預(yù)取向絲(POY)。高速紡絲有三種工藝路線。
l.POY-DTY工藝
此工藝采用高速紡絲、高速拉伸變形，是典型的二步法工藝路線，是目前生產(chǎn)變形絲最多的工藝路線。
POY的后加工速度通常為400～800m/min，可紡制50～167dtex的變形絲(DTY)。其特點(diǎn)為工藝流程短，生產(chǎn)效率高，基建投資省。POY可以長(zhǎng)期存放，長(zhǎng)途運(yùn)輸；DTY品質(zhì)優(yōu)良。
2.POY-TY工藝
此工藝采用高速紡絲、低速假捻變形(轉(zhuǎn)子式假捻法)，可紡制111～167dtex的變形絲。此工藝路線在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不合理。
3.POY-DY工藝
此工藝采用高速紡絲、低速拉伸加捻，可紡制55～110dtex的拉伸絲。拉伸比為1.3～1.7倍，采用一般拉伸加捻機(jī)。這種工藝制得的DY性能不如UDY。
四、紡絲拉伸一步法工藝
此工藝采用紡絲、拉伸兩道工序在一臺(tái)紡絲拉伸聯(lián)合機(jī)上完成，是一步法工藝路線。生產(chǎn)工藝有兩種，一種是紡絲速度為900～1500m/min，拉伸速度為3200～4000m/min，拉伸比為3.5倍，可紡制55～165dtex的拉伸絲；另一種的紡絲速度為2600～3500m/min，拉伸速度為5100～5500m/min。此工藝生產(chǎn)的長(zhǎng)絲稱FDY。
展開 
技術(shù)研究 | 汽車前端框架高溫鎖扣區(qū)域強(qiáng)度試驗(yàn)方法開發(fā)
力值傳感器對(duì)標(biāo)
為了能夠進(jìn)一步確認(rèn)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們按照電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試拉伸樣條的方法，將多功能剛度平臺(tái)改造成了一種簡(jiǎn)易的拉力計(jì)，選取兩種材料（APO-L40和 GRPP-L30），控制兩者的拉伸速率都為10 mm/min，比較電子萬能試驗(yàn)機(jī)和多功能剛度平臺(tái)測(cè)試這兩種材料的拉伸強(qiáng)度。
從下表1以及圖4的拉伸強(qiáng)度的結(jié)果可以看出，多功能剛度平臺(tái)測(cè)試的結(jié)果無論是GFPP-L30還是APO-L40兩種材料的拉伸強(qiáng)度5次測(cè)試的拉伸強(qiáng)度結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差都相比較電子萬能試驗(yàn)機(jī)要低。初步表明剛度平臺(tái)的測(cè)試拉伸強(qiáng)度的結(jié)果穩(wěn)定性相對(duì)更好一些。
表1多功能剛度平臺(tái)和電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試樣條拉伸強(qiáng)度結(jié)果
圖4 多功能剛度平臺(tái)和電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試樣條拉伸強(qiáng)度對(duì)比圖
圖5 多功能剛度平臺(tái)測(cè)試APO-L40和GFPP-L30材料得到的力值隨著時(shí)間的變化關(guān)系圖
4. 動(dòng)態(tài)測(cè)試研究
對(duì)于一些高速拉伸領(lǐng)域，基本上不能通過傳統(tǒng)的電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)量。然而多功能剛度平臺(tái)設(shè)備的最快速度可以達(dá)到3 m/s，可以實(shí)現(xiàn)包括1BA樣條的高速拉伸試驗(yàn)。另外由于多功能剛度平臺(tái)電動(dòng)缸可以通過軟件的設(shè)置對(duì)位移和速度進(jìn)行精確控制，這樣便可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)值增加的力學(xué)控制模式。
圖6（A）常溫環(huán)境下靜態(tài)試驗(yàn)條件下，拉伸樣條受到的力值和位移兩個(gè)參數(shù)隨著時(shí)間的變化關(guān)系曲線；
（B）常溫環(huán)境下，對(duì)拉伸樣條施加瞬時(shí)動(dòng)態(tài)拉力3300N后得到的力值和位移兩個(gè)參數(shù)隨著時(shí)間的變化關(guān)系曲線。
如上圖6（A）所示，采用PID控制方法，力模式設(shè)置為靜態(tài)，初始拉力設(shè)置為0 N，步進(jìn)增加值為200 N，直至2200 N。這樣的測(cè)試項(xiàng)目，我們可以得到拉伸樣條在受到步進(jìn)增加力值的環(huán)境下，樣條的彈性變形和殘余變形量。
展開 變摩擦系數(shù)下的鋁合金板材沖壓成形無網(wǎng)格法數(shù)值模擬
本文以6016鋁合金作為研究對(duì)象，通過標(biāo)準(zhǔn)拉伸及高速拉伸試驗(yàn)得到了鋁合金板材的準(zhǔn)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能；考慮成形速度及接觸壓力對(duì)鋁合金板材摩擦系數(shù)的影響，使用摩擦系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試，得到了成形速度和接觸壓力介于0～900mm/s及0～26.2MPa時(shí)的變摩擦系數(shù)。基于LS_DYNA中的MAT_36各向異性材料本構(gòu)模型、有限元及無網(wǎng)格算法，以變摩擦系數(shù)作為鋁合金板材與模具的接觸邊界條件，對(duì)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板零件沖壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明：鋁合金板材在主要成形區(qū)域成形性能較好，在邊角部相同位置出現(xiàn)了波紋狀起皺。研究結(jié)果表明使用變摩擦系數(shù)及無網(wǎng)格法計(jì)算能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)鋁合金板材的成形性能，本文研究結(jié)果及方法能為提升鋁合金板材沖壓成形性能的預(yù)測(cè)精度提供一定意義的參考。
表1 6016鋁合金屈服強(qiáng)度及塑性應(yīng)變比
鋁合金板材力學(xué)性能測(cè)試
鋁合金板在沖壓成形過程中，應(yīng)變率范圍在0～102s-1之間，需要進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試，以準(zhǔn)確表征鋁合金板材在沖壓成形過程中的力學(xué)響應(yīng)。
準(zhǔn)靜態(tài)單向拉伸試驗(yàn)
按照GB/T 228標(biāo)準(zhǔn)，以軋制方向?yàn)閰⒄眨謩e沿0°、45°和90°方向取拉伸試樣進(jìn)行測(cè)試，得到鋁合金板材在三個(gè)方向上的屈服強(qiáng)度及塑性應(yīng)變比（表1）。從表中可知，在0°、45°和90°方向上的塑性應(yīng)變比分別為0.741、0.609和0.897，說明鋁合金板材的力學(xué)性能存在各向異性。
高速拉伸試驗(yàn)
依據(jù)鋁合金板材在沖壓成形中應(yīng)變速率的范圍，在0.1/s、1/s、10/s、100/s、500/s共5個(gè)應(yīng)變速率條件下進(jìn)行高速拉伸試驗(yàn)，得到了不同應(yīng)變速率下的鋁合金板材應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖1）。
圖1 6016鋁合金不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
從圖中可知，隨著應(yīng)變速率的增加，鋁合金板材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在波動(dòng)。
展開 超薄電子產(chǎn)品外殼用復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)行為特征及其失效機(jī)理研究
本文使用注塑成型工藝制備玻璃纖維增強(qiáng) PC 復(fù)合材料，在 0.001～ 1000 s-1應(yīng)變率范圍內(nèi)開展纖維方向不同的玻璃纖維增強(qiáng)PC復(fù)合材料的拉伸力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合掃描電鏡對(duì)材料的失效機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析。
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樣品制備
實(shí)驗(yàn)采用與商業(yè)化電子產(chǎn)品外殼相同的制備工藝——注塑成型，確保材料微觀結(jié)構(gòu)與實(shí)際產(chǎn)品一致。材料體系為短玻璃纖維增強(qiáng)PC復(fù)合材料，玻璃纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，纖維長(zhǎng)度控制在0.1-0.2mm。
制備的平板試樣厚度控制在2.0mm，隨后按0°（流動(dòng)方向）、45°和90°（垂直流動(dòng)方向）三個(gè)方向切割成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試試樣，模擬外殼注塑成型后不同位置的纖維取向狀態(tài)。
圖2 拉伸試件的加工及試件尺寸（單位：mm）
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評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)
不同應(yīng)變率下的拉伸實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。
準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)在電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上（圖3）開展，試件標(biāo)距段長(zhǎng)度為 7 mm，因此，設(shè)置拉伸速率為 0.007 mm/s。
圖3 25t電子萬能試驗(yàn)機(jī)
中應(yīng)變率拉伸實(shí)驗(yàn)設(shè)備為高速拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)（圖4），設(shè)置拉伸速率為 7 mm/s。
圖4 高速拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)
動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)在分離式霍普金森桿裝置（見圖 5）上開展。動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)中，采用高強(qiáng)度粘膠將試件粘貼于入射桿和透射桿之間，氣室中的壓縮氣體推動(dòng)炮管內(nèi)圓環(huán)管，圓環(huán)管撞擊入射桿端部的法蘭盤，在入射桿內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力波。當(dāng)應(yīng)力波傳遞到試件時(shí)，部分應(yīng)力波通過試件標(biāo)距段后向透射桿傳遞，另一部分應(yīng)力波則以反射波形式沿入射桿傳回。通過粘貼于入射桿和透射桿上的電阻應(yīng)變片記錄入射波、反射波和透射波的應(yīng)變信號(hào)。
展開 【力學(xué)仿真】什么是材料卡片MAT24？如何準(zhǔn)確獲取？
依托國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、院士工作站的專家豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，及先進(jìn)的力學(xué)測(cè)試成套制備設(shè)備如高速拉伸機(jī)，國(guó)高材分析測(cè)試中心可為您提供專業(yè)的高分子材料性能測(cè)試服務(wù)及材料卡片制作等創(chuàng)新技術(shù)解決方案。
