應力應變試驗的案例
工程應力應變和真實應力應變 附常用材料應力應變數據下載
通常處理方法是：實驗采集的數據轉換成工程應力應變數據①，再通過上述公式轉換成真實的應力應變曲線②，通過真實應變減去彈性應變，得到最終的塑性應變。
實驗數據處理方法：將計算好的工程應變應力分別輸入EXCEL表格中，插入計算公式：Ln（1+A2）即可計算出真實應變，代入公式：B2*(1+A2)并下拉即可得到真實應力，假定第三行為最大彈性應變，真實應變減去彈性應變得到有效塑性應變。
有效塑性應變真實應力曲線即是我們處理好的可以導入有限元軟件的材料模型數據。
下載地址：常用材料應力應變數據
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名義應力應變與真實應力應變
在進行結構或者構件分析時，材料屬性往往是最為重要的。我們在材料試驗測試時，一般測出的試驗曲線是名義應力—應變曲線，即所謂的工程應力和工程應變之間的關系。還有一張應力應變，我們稱為真實應力應變，那么工程應力和真實應力有什么區別？
首先請看這張圖:
這里面的Stress 和 Strain 就是指的工程應力和工程應變。只是由于在進行應變計算時，并未考慮測試構件的長度伸長或者截面縮小，這相當于沒有考慮非線性的影響。
但其實我們可以看到，在斷口處A（這個面積才代表真正的受應力面）是非常小的，因而材料的真實強度時上升了的（是指單位體積或者單位面積上的，不是結構上的）。
真實應力的定義
考慮到上述情況，真實應力被定義了出來：
在有限變形中，只有Δl→0時，拉伸與壓縮的應變才是相同的，即：
以及：
其中：l為當前長度；l0為初始長度；ε為真實應變或對數應變。
與真實應變相對應的是真實應力，定義為：
其中：F是施加在材料上的力；A是當前面積。
如果給出真實應力和真實應變的曲線，那么在拉伸和壓縮下，承受有限變形的金屬有相同的應力—應變關系。
應力應變的轉換
在一些有限元軟件中，必須輸入真實應力—應變關系，MARC和ABAQUS都是這樣的有限元軟件，尤其是在定義塑性數據時。
展開 名義應力應變與真實應力應變
我們在材料試驗測試時，一般測出的試驗曲線是名義應力—應變曲線，即所謂的工程應力和工程應變之間的關系。還有一張應力應變，我們稱為真實應力應變，那么工程應力和真實應力有什么區別？
首先請看這張圖:
這里面的Stress 和 Strain 就是指的工程應力和工程應變。只是由于在進行應變計算時，并未考慮測試構件的長度伸長或者截面縮小，這相當于沒有考慮非線性的影響。
但其實我們可以看到，在斷口處A（這個面積才代表真正的受應力面）是非常小的，因而材料的真實強度時上升了的（是指單位體積或者單位面積上的，不是結構上的）。
真實應力的定義
考慮到上述情況，真實應力被定義了出來：
在有限變形中，只有Δl→0時，拉伸與壓縮的應變才是相同的，即：
以及：
其中：l為當前長度；l0為初始長度；ε為真實應變或對數應變。
與真實應變相對應的是真實應力，定義為：
其中：F是施加在材料上的力；A是當前面積。
如果給出真實應力和真實應變的曲線，那么在拉伸和壓縮下，承受有限變形的金屬有相同的應力—應變關系。
應力應變的轉換
在一些有限元軟件中，必須輸入真實應力—應變關系，MARC和ABAQUS都是這樣的有限元軟件，尤其是在定義塑性數據時。這時需要對試驗給出的材料數據進行轉換。
展開 由工程應力、應變計算真實應力、應變
設t時刻的作用于試樣標距段加載方向的載荷為F，工程應力為，工程應變為，真實應力為，真實應變為。規定試樣受拉伸長時，載荷、應力及應變取正值，反之，受壓縮短時，載荷、應力及應變取負值，則
式1
式2
式中表示0時刻至t時刻試樣長度的增量。
式3
式4
真實應力 的求解變換中利用了材料變形過程中體積不變的假設，即。
繪制應力-應變曲線時，往往不管拉伸或者壓縮，都將應力和應變繪制成正值。這樣，拉伸時，按照公式<1>至<4>計算出的應力和應變均為正值，不需要進行變換；壓縮時，按照上述方法計算出的應力和應度均為負值，需要進行變換。變換方式為：對上述公式中所有的應力和應變乘-1。按照這種規則，壓縮時應力、應變用<5>至公式<8>進行汁算。其中公式<5>中F取負值。
式5
式6
式7
式8
?
?
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展開 
由工程應力、應變計算真實應力、應變
材料的名義應力、應變與真實應力、應變轉換公式的推導
名義應力、應變也叫工程(Engineering)應力、應變。
CAE軟件需要采用基于變形后的應力、應變，即真實的應力、應變。
其中
為試件當前截面面積，
為試件當前長度。
光纖應變傳感器用于測量金屬和非金屬復合材料應力應變
管道、儲罐等結構材料在遭受風載荷、地震、滑坡、泥石流等地質災害下會發生大變形或者斷裂破壞，需要借助數值有限單元法對破壞過程進行三維建模、情景還原以及溯源分析，此時要獲取準確有效的結果，金屬材料全程的真應力-真應變是最為基礎和重要的輸入數據。下面工采網小編和大家一起看看如何測量金屬和非金屬復合材料應力應變。
金屬材料測量裝置主要用于各種金屬、非金屬及復合材料進行力學性能指標的測試，精密的自動控制和數據采集系統，實現了數據采集和控制過程的全數字化調整，在拉伸試驗中，檢測材料的最大承載拉力、抗拉強度、伸長變形、延伸率等技術指標；一般在對金屬材料進行應力應變性能測量的過程中，在夾持時金屬材料受力頂部兩側不平衡，使得夾持效果不好，在測量過程中容易移動，導致測量的準確性較差。為了測量的準確性工采網推薦加拿大FISO 光纖應變傳感器 - FOS-N用于金屬和非金屬復合材料應力應變測量。
基于公認的Fabry-Perot干涉技術，FISO的光纖應變傳感器是進行高性能應變測量的好的選擇。FOS-N所基于的產品技術和配套的兼容監控系統，使用戶能在長距離且不影響讀數可靠性的前提下測量應變。它是復合材料工程研究和工業應用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結構、船舶和電源變壓器等結構健康監控的理想產品。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。
此外FOS-N應變傳感器對任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復合材料中，則上述特點可以成為非常有利的優點。可在惡劣的化學環境下正常工作，同時它的結構堅固，使用靈活性高，能夠滿足當前高性能復合材料研究和土建結構監控的要求。
展開 車用PP高應變速率下的應力-應變曲線獲得方法研究
摘要：在通常的汽車碰撞CAE仿真分析中,需要用到應變速率從0.01～100 s-1全應變速率下甚至更高應變速率下的應力-應變曲線。當測試速率達到1 s-1甚至更高時,數據的獲得就變得困難起來。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機測試。結果表明，采用方程擬合的方法可以得到比測試得出的最高應變速率高出兩個數量級的曲線及特征值；對于達到峰值應力后應力變化較小的曲線,方程擬合法準確性較好，對于達到峰值應力后應力降低或增加的材料，方程擬合法的準確度稍弱。
關鍵詞：高速拉伸 方程擬合法 直接測試法 非接觸式引伸計 CAE分析
汽車在進行碰撞過程中,整個過程只有0.1～0.2 s,會產生大量的能量吸收與轉移,而這個能量吸收與轉移的能力與材料有關。然而困擾汽車設計的一大難題就是選材。現階段,車用材料制備結構件需要前期進行更多的模擬試驗,CAE動態分析是不可或缺的。而車用材料CAE分析面臨著動態拉伸數據獲得難的問題,也就是說高應變速率下(如應變速率大于1 s-1)的應力-應變曲線獲得相當困難。需要材料在高應變速率下的拉伸數據。
目前國際上針對非金屬材料的高速拉伸測試方法主要有兩個:采用ISO 18872:2007《塑料高應變速率下的拉伸性能測試》(由金發科技股份有限公司聯合其他單位已經將其等效轉化為國家標準發布,以下簡稱方程擬合法)和采用高速拉伸試驗機直接進行測試——直接測試法。方程擬合法是針對塑料高速拉伸測試的標準,計算出塑料在高速下的力學性能。而直接測試法主要是指使用高速拉伸設備直接測試。
01測試原理
方程擬合法:依據ISO 527-2:2012,拉伸應力-應變曲線在0.1～100 mm/s選定速度下測試獲得。同時,測量泊松比隨應變的變化。由測試結果,可計算出各應變速率下的真實應力和真實塑性應變值。
展開 國高材分享 | 如何準確獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間的應力-應變曲線
如果沒有以上所提的應變測量設備，可以考慮嘗試大應變的應變計。曾用滿量程10%應變的應變計測出15.5%的應變，也是奇特之事。由于后來用光學應變系統，沒再進行大應變計的實驗，也沒對此結果進行進一步驗證，也是遺憾。
如果手頭上什么應變測量設備也沒有，也不能用衡量位移計算應變。
為什么準靜態拉伸試樣總長要比高速拉伸試樣總長要長？這與準靜態拉伸試驗機的夾持系統有關。相對于高速拉伸試驗機的夾持系統，準靜態拉伸試驗機的夾持系統要龐大些，小小試樣被夾在里面，要是試樣個子不高些，光學應變測量系統看不見。
（三）力值校準
為了獲得應變速率0.001/s -1000/s之間每個應變速率的測試，需要不同的力值測量設備。準靜態拉伸試驗機和高速拉伸試驗機工作原理不同，要將此兩套測力設備的測試結果有機的整合，需要對其測試結果進行驗證。
驗證方法是測試試樣規格相同（試樣平行部長寬一致，夾持端長度不同），測試速率相同，測試材料相同（同一張板料上取樣），應變測量設備相同，就是測力設備不同。試驗后，對標兩套力值測量設備所獲得的應力-應變曲線的一致性。
如何獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間的應力-應變曲線的第四個設計-同步出發與同步采集，明天繼續。
(四）數據同步采集
光學應變測量系統負責應變的測量，準靜態拉伸試驗機或者高速拉伸試驗機負責應力的測量，將應變和應力合在一起，需要解決應變和應力同步采集的問題。
對于準靜態拉伸試驗，光學應變測量系統與準靜態拉伸試驗機相互配合，做到數據同步采集不難。
展開 有限元2D單元妙用 平面應力與平面應變 廣義平面應變 硬干涉 ￥10
平面應力單元還可以跟軸對稱單元結合，模擬出變厚度模型。比如對葉盤的分析。需要注意的是，在ANSYS里面，當我們將平面應力和軸對稱單元結合的時候，平面應力單元的厚度應該設置為所有圓周分布葉片厚度的總和。如下圖。
平面應變單元：
Ansys案例研究 | 單軸拉伸試驗應變測量
概述：
單軸拉伸試驗是了解大多數材料并獲取應力與應變關系的主要方法。可靠的拉伸數據對于組件設計至關重要。本案例展示了如何進行拉伸試驗并獲取應變圖。
目標：
觀察在施加漸進式位移載荷的單軸拉伸試樣中的應變。
步驟：
1、打開Ansys Workbench，創建一個“靜態結構”系統。
2、定義拉伸試驗樣品的材料屬性。本例中使用的是結構鋼。
3、導入模型，其外觀類似于圖 1 所示。
圖1 單軸拉伸試驗試樣
4、將材料分配給幾何體。
5、按照圖2所示，在試件上施加適當的約束條件。
圖2 樣品的邊界條件
6、按照圖2所示施加位移。
7、對模型進行網格劃分并運行仿真。繪制等效彈性應變(圖3)。
圖3 等效彈性應變圖
總結：
本案例說明了單軸拉伸試驗樣品中應變的測量方法。
如有疑問歡迎留言或私信！
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ABAQUS中求解某部分單元的平均應力或平均應變 ￥10
1、參考模型：單向纖維的RVE模型；
2、腳本功能：針對指定的單元集合，在后處理中求解平均應力和平均應變。
3、應用的公式：一階均勻化計算方法。對于 RVE 模型的平均真應力和平均真應變，可通過對 RVE 內每一個單元的真應力 （真應變）取均值獲得。使用一階均勻化計算方法輸出的應力和應變適用于各種邊界條件，但需要對每個單元進行應力（應變）的輸出和計算。
面向復雜結構試驗應變片貼片的高效建模工具
應變片是由敏感柵等構成用于測量應變的元件，可以將電阻的變化轉化為測點的應變值，在實際工程中應用很廣。
常規的結構試驗，需基于有限元分析的結果和經驗選擇并設置應變片位置，然后由人工貼片到相應位置。但是針對航天、航空等大型結構試驗，需要處理成百上千個應變片時，貼片數據、試驗數據管理與后續對比工作量繁雜，需要開發高效的建模工具。
基于SiPESC平臺，融合CAD模型、有限元模型、以及數值計算結果，可實現將不同型號的應變片貼片的快速建模。該工具可生成相應的幾何文件和數據文件，便捷高效實現多類型的模型一體化顯示與操作，大幅度提高工作效率。
操作步驟說明
1、通過三個點確定應變片的位置及方位。
2、選擇該應變片對應的位置描述，當填寫不準確時程序會產生相應的提示（比如和其他位置重復或者位置描述不夠具體）。
3、如果想要修改或刪除某個應變片，有相應的按鈕可提供相應的操作。
展開 室溫下金屬圓棒試樣高應變速率拉伸試驗影響因素分析
通過應變片測得的試驗結果如圖5所示（此次測試的應變片均貼在下夾具端），對比發現，標距為20 mm試樣的應力-應變曲線比標距為10 mm試樣的離散性大。通過力傳感器測得的試驗結果如圖6所示，可見同樣標距為20 mm試樣的應力-應變曲線振蕩幅度較大。對拉伸試樣進行統計發現，斷裂位置在標距內的試樣中，標距為10 mm的試樣遠多于標距為20 mm的試樣，所測鑄鐵試樣中，前者只有2個斷在標距外，而后者有8個斷在標距外。
2.6 應力測試方法對高速拉伸試驗的影響
將圖5a）與圖6a）、圖5b）與圖6b）對比可見，應變片測得的應力-應變曲線振蕩幅度明顯小于力傳感器測得的結果，且基本與靜態曲線一致，因此高速拉伸條件下適宜采用貼應變片的方式進行應力測試。
圖5 應變片測得的不同標距鑄鐵試樣的應力-應變曲線
圖6 力傳感測得的不同標距鑄鐵試樣的應力-應變曲線
2.7 試樣夾持長度對高速拉伸試驗的影響
采用應變片測試應力，應變速率為500 s?1時鑄鋁的應力-應變曲線如圖7所示。可見夾持長度明顯影響曲線的振蕩幅度，夾持長度較大試樣的曲線振幅小，數據離散性小。建議棒狀試樣的夾持長度不小于平行段長度的2倍。
圖7 鑄鐵在不同夾持端長度下的應力-應變曲線
2.8應變速率對高速拉伸試驗的影響
根據前期的試驗和DFSS設計得出的拉伸試驗信噪比如圖8所示。可見當試樣標距為10mm，夾持端長度為35mm，應變速率為500s1，用應變片測應力時的信噪比較高，且單臺相機會缺失應變數據，因此后期將使用兩臺相機進行應變測試。
圖8 不同應變速率下拉伸試樣的信噪比
經過信噪比優化后鑄鐵和鑄鋁在不同應變速率下的應力-應變曲線如圖9所示。
展開 熱處理消除Q235鋼焊接殘余應力的研究 附Q235鋼真實應力應變曲線研究下載
焊接殘余應力是焊接技術帶來的一個幾乎無法避免的缺陷，其危害眾所周知。焊后熱處理是一種消除焊接殘余應力常用的方法。
工程上主要采用退火處理，退火溫度越高、保溫時間越長，消除焊接殘余應力的效果就越好。但是溫度過高，使工件表面氧化比較嚴重，組織可能發生轉變，影響工件的使用性能，存在弊端。
蠕變應力松弛理論為熱處理消除焊接殘余應力提供了另一條思路，工件在較低溫度時會發生蠕變，材料內部的殘余應力會因應力松弛而得到釋放，只要保溫時間足夠長，理論上殘余應力可完全消除。在低溫消除焊接殘余應力時，材料的組織和性能變化甚微，幾乎不影響材料的使用性能，而且低溫處理材料表面的氧化和脫碳也比較小。這就可以在材料的力學性能和組織基本不變的情況下達到降低材料焊接殘余應力的目的，大大提高材料的使用壽命和性能，在工程上具有重要的意義。接下來在不同加熱溫度和保溫時間對試件進行退火處理，通過測定試件焊接殘余應力的降低程度，研究在熱處理消除焊接殘余應力過程中加熱溫度和保溫時間的等效性問題。
結果發現：熱處理對Q235鋼焊接殘余應力降低效果明顯，且在熱處理降低焊接殘余應力過程中，溫度和時間存在著一個等效性，即加熱溫度低可以長時間保溫，加熱溫度高可以縮短保溫時間，它們在降低焊接殘余應力的效果上是很接近的。
下載地址：Q235鋼真實應力應變曲線研究
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