高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)的案例
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
全文速讀：
在不同應(yīng)變速率下對鑄鐵和鑄鋁圓棒試樣進(jìn)行了單軸高速拉伸試驗(yàn)，研究了它們的動態(tài)力學(xué)性能及斷裂情況，分析了相關(guān)因素對試驗(yàn)的影響。結(jié)果表明：測試應(yīng)變、應(yīng)力的方法，試樣標(biāo)距長度及夾持端長度等對試驗(yàn)準(zhǔn)確性和曲線振蕩程度有較大影響；使用比剛度和比強(qiáng)度高的夾具、短標(biāo)距試樣、應(yīng)變片測試應(yīng)力、兩臺相機(jī)測試應(yīng)變、適當(dāng)增加夾持端長度可以提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
工程上對金屬材料的拉伸試驗(yàn)通常要求應(yīng)變速率在10?2～103 s?1之間。一般應(yīng)變速率小于0.1 s?1時(shí)，可以在靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，規(guī)范參考GB/T 228.1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》；當(dāng)應(yīng)變速率大于0.1 s?1時(shí)，需要在高速拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，稱為高應(yīng)變速率拉伸測試。ISO 26203-2:2011 Metallic materials — Tensile testing at high strain rates — Part 2: Servo-hydraulic and other test systems 及 GB/T 30069.2—2016對金屬板材試樣的高應(yīng)變速率拉伸測試有詳細(xì)的說明，但對金屬圓棒試樣缺乏指導(dǎo)性規(guī)范。
機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)件多為鑄件，其力學(xué)性能關(guān)系到產(chǎn)品的碰撞安全性。鑄件的力學(xué)性能一般通過測試標(biāo)準(zhǔn)圓棒試樣獲得，因此了解圓棒試樣高應(yīng)變速率測試時(shí)的影響因素，獲得準(zhǔn)確的高應(yīng)變速率條件下的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線等相關(guān)信息對零件結(jié)構(gòu)的碰撞安全性評價(jià)非常重要。
0
1
試驗(yàn)材料及方法
試驗(yàn)材料為啞鈴型鑄鋁和鑄鐵件，根據(jù)常用零件的最小壁厚，選擇平行段直徑為 5 mm、夾持端直徑為 12 mm 的試樣。平行段工作部分表面粗糙度為 0.32 μm，同軸度小于 0.01 mm，使用銑床和外圓磨床進(jìn)行加工。
展開 動力電池殼用鋁合金高應(yīng)變高速率拉伸行為及斷裂特性研究
3、動態(tài)拉伸斷裂試樣的側(cè)面金相組織和顯微硬度分析表明：斷口側(cè)面晶粒形狀相較于未變形金屬的更加細(xì)長，硬度隨應(yīng)變速率的增大而提高。
服務(wù)介紹
國高材分析測試中心依據(jù)GB/T 33227-2016標(biāo)準(zhǔn)，配備高速拉伸試驗(yàn)機(jī)和DIC技術(shù)系統(tǒng)，可精準(zhǔn)測定鋁及鋁合金板帶材在高應(yīng)變速率下的動態(tài)力學(xué)性能，包括抗拉強(qiáng)度、延伸率、彈性模量等關(guān)鍵參數(shù)。試驗(yàn)涵蓋車身覆蓋件、結(jié)構(gòu)件及軌道交通用鋁材，支持電池殼、高鐵型材等特種材料的應(yīng)變速率敏感性分析。通過數(shù)字化分析，中心可提供高精度應(yīng)力-應(yīng)變曲線，為汽車安全仿真、輕量化設(shè)計(jì)等提供可靠數(shù)據(jù)支撐。
展開 高應(yīng)變速率和準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)拉伸性能有什么不同？如何準(zhǔn)確選擇測試設(shè)備？
基于高速液壓伺服試驗(yàn)機(jī)的材料動態(tài)拉伸試驗(yàn)是獲得中低應(yīng)變率力學(xué)性能的主要手段，但如何獲得材料的動態(tài)拉伸載荷、動態(tài)應(yīng)變，以及失效過程的熱耗散數(shù)據(jù)是試驗(yàn)測試的關(guān)鍵。就像飛機(jī)在服役過程中結(jié)構(gòu)可能會遭受鳥撞、應(yīng)急墜撞等沖擊載荷的作用，如飛機(jī)機(jī)頭和機(jī)翼結(jié)構(gòu)是飛鳥、冰雹等外來物沖擊的密切關(guān)注部位，飛機(jī)機(jī)體下部結(jié)構(gòu)則需進(jìn)行抗墜撞設(shè)計(jì)以提高其適墜性。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下，材料的力學(xué)行為相較準(zhǔn)靜態(tài)加載需考慮應(yīng)變率效應(yīng)的影響，即隨著加載應(yīng)變率的提高，材料往往呈現(xiàn)出一定的應(yīng)變率敏感性。以往研究表明，高強(qiáng)度材料的強(qiáng)度極限和失效應(yīng)變等參數(shù)隨著應(yīng)變率的提高會發(fā)生顯著變化，因此，為準(zhǔn)確進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗沖擊設(shè)計(jì)和分析，需通過試驗(yàn)手段獲得材料的動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)。
一般而言，應(yīng)變率范圍10-1s-1～103s-1為中低應(yīng)變率狀態(tài)，處于該范圍左右兩端之外的則分別為準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率狀態(tài)。需要說明的是在不同的應(yīng)變率范圍，需匹配不同的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行力學(xué)性能測試，如圖1所示，如準(zhǔn)靜態(tài)范圍一般通過常規(guī)的靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)，中低應(yīng)變率范圍則一般通過高速液壓伺服試驗(yàn)機(jī)，而高應(yīng)變率范圍則一般采用霍普金森桿試驗(yàn)裝置。相較而言，中低應(yīng)變率范圍內(nèi)的材料動態(tài)力學(xué)性能測試方法尚沒有準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率下的測試方法成熟，主要體現(xiàn)為基于高速液壓伺服試驗(yàn)機(jī)的材料中低應(yīng)變率動態(tài)拉伸試驗(yàn)相對較少，在關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù)測試、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等方面有待進(jìn)一步形成共識。
圖1 典型材料在不同應(yīng)變率范圍的試驗(yàn)裝置
高速拉伸試驗(yàn)機(jī)
霍普金森桿
材料的動態(tài)應(yīng)變測試
材料力學(xué)性能試驗(yàn)中應(yīng)變測試的常規(guī)方法包括應(yīng)變電測法和引伸計(jì)測量方法。但受限于常規(guī)應(yīng)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(tài)拉伸試驗(yàn)為瞬態(tài)破壞過程，傳統(tǒng)機(jī)械引伸計(jì)易發(fā)生損壞也不適用。
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
摘要：在通常的汽車碰撞CAE仿真分析中,需要用到應(yīng)變速率從0.01～100 s-1全應(yīng)變速率下甚至更高應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。當(dāng)測試速率達(dá)到1 s-1甚至更高時(shí),數(shù)據(jù)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(yàn)機(jī)測試。結(jié)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(yīng)變速率高出兩個(gè)數(shù)量級的曲線及特征值；對于達(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動態(tài)分析是不可或缺的。而車用材料CAE分析面臨著動態(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)。
目前國際上針對非金屬材料的高速拉伸測試方法主要有兩個(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)化為國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,以下簡稱方程擬合法)和采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)直接進(jìn)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(biāo)準(zhǔn),計(jì)算出塑料在高速下的力學(xué)性能。而直接測試法主要是指使用高速拉伸設(shè)備直接測試。
01測試原理
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選定速度下測試獲得。同時(shí),測量泊松比隨應(yīng)變的變化。由測試結(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。
展開 
國高材分享 | 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)量級下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，需要不同的測試設(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試設(shè)備測得的結(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寬不一樣，即使是同一臺測試設(shè)備，獲得的測試結(jié)果也會不一樣。因此在不同的測試設(shè)備上進(jìn)行測試，試樣的平行部長寬必須一致。
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寬與高速拉伸試樣的平行部長寬一致，只是試樣個(gè)子（總長）高些。
（二）應(yīng)變測量
在常規(guī)拉伸試驗(yàn)中，應(yīng)變測量設(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)變測量系統(tǒng)等。既能用于準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測試又能用于高速拉伸測試，當(dāng)屬激光引伸計(jì)和光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)。論測量信息的豐富度，似乎光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)又要勝一籌。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)變測量系統(tǒng)作為應(yīng)變的測量設(shè)備。
展開 金屬圓棒膠粘接頭在高拉伸速率下的抗拉強(qiáng)度評價(jià)方法
圖13 室溫下高速拉伸后失效情況
圖14 低溫下高速拉伸后失效情況
圖15 高溫下高速拉伸后失效情況
總結(jié)
本案例進(jìn)行了膠粘對接接頭在高拉伸速率下的粘接強(qiáng)度測試，分析了拉伸速率和溫度對粘接強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膠粘接頭在不同溫度下的抗拉強(qiáng)度均具有較明顯的速度敏感性，拉伸速率越大，抗拉強(qiáng)度約大。相同拉伸速率下，低溫和高溫環(huán)境均會使膠粘強(qiáng)度退化。不同環(huán)境和拉伸速率下，接頭的失效模式也不同。
* 本文案例為國高材分析測試中心原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請注明出處。
推薦閱讀
MAT_58材料卡片在新能源汽車復(fù)合材料底護(hù)板仿真分析中的應(yīng)用
基于ASTM D5656的航空級膠粘劑剪切強(qiáng)度測試優(yōu)化方案
從600V到1000V：表面漏電起痕測試(STT)為超級快充系上“安全帶”！
國高材分析測試中心
客服微信：guogaocai123
https://npmatc.niicapm.com/
展開 Ansys案例研究 | 單軸拉伸試驗(yàn)應(yīng)變測量
概述：
單軸拉伸試驗(yàn)是了解大多數(shù)材料并獲取應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的主要方法。可靠的拉伸數(shù)據(jù)對于組件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本案例展示了如何進(jìn)行拉伸試驗(yàn)并獲取應(yīng)變圖。
目標(biāo)：
觀察在施加漸進(jìn)式位移載荷的單軸拉伸試樣中的應(yīng)變。
步驟：
1、打開Ansys Workbench，創(chuàng)建一個(gè)“靜態(tài)結(jié)構(gòu)”系統(tǒng)。
2、定義拉伸試驗(yàn)樣品的材料屬性。本例中使用的是結(jié)構(gòu)鋼。
3、導(dǎo)入模型，其外觀類似于圖 1 所示。
圖1 單軸拉伸試驗(yàn)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(dāng)?shù)募s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(jìn)行網(wǎng)格劃分并運(yùn)行仿真。繪制等效彈性應(yīng)變(圖3)。
圖3 等效彈性應(yīng)變圖
總結(jié)：
本案例說明了單軸拉伸試驗(yàn)樣品中應(yīng)變的測量方法。
如有疑問歡迎留言或私信！
展開 3D輪廓掃描儀：零部件仿真數(shù)模比對、翹曲分析的“慧眼”
2、 掃描速度快，檢測效率高，直觀地了解產(chǎn)品全尺寸檢測注塑成形的質(zhì)量。
3、通過生成色譜圖對比分析，展示產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)模型之間的差異，準(zhǔn)確判斷產(chǎn)品是否合格，提高生產(chǎn)質(zhì)量。
3D輪廓掃描服務(wù)
國高材分析測試中心配備高精度3D輪廓掃描儀，可精確獲取材料與零部件的三維形貌及微觀尺寸，為企業(yè)開展工業(yè)檢測、逆向工程及產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供核心數(shù)字化支撐。
咨詢電話：020-66221668
部分素材來源于網(wǎng)絡(luò)
推薦閱讀
塑料螺旋流動測試：評估材料充模能力的核心方法
多尺度流體表征：旋轉(zhuǎn)流變儀讀懂物質(zhì)從“固態(tài)”到“液態(tài)”的變形語言
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
汽車安全氣囊塑料罩蓋點(diǎn)爆仿真材料卡片準(zhǔn)確性提升研究
展開 歐盟新增2項(xiàng)SVHC物質(zhì)，如何利用GC-MS快速檢出？
t/min
圖2 28種高關(guān)注物質(zhì)樣品加標(biāo)總離子流色譜圖（5.0 mg/L）
國高材分析測試中心建議
按照REACH法規(guī)規(guī)定，如果產(chǎn)品中的SVHC含量超過0.1%就必須向下游履行信息傳遞和通報(bào)義務(wù)：
物質(zhì)、配置品中SVHC含量超過0.1%，必須向下游傳遞符合REACH法規(guī)的SDS；
物品中SVHC含量超過0.1%，必須向下游傳遞安全使用說明，其中至少包括該SVHC的名稱。消費(fèi)者也可提出此要求，供應(yīng)商應(yīng)在45天內(nèi)免費(fèi)提供相關(guān)信息；
當(dāng)同時(shí)滿足出口量超過1噸每年和SVHC含量超過0.1%兩個(gè)條件時(shí)，需在6個(gè)月內(nèi)向ECHA提交通報(bào)；
2021年1月5日起，含SVHC物質(zhì)超過0.1%的輸歐產(chǎn)品還需完成SCIP通報(bào)后才可投放市場。
REACH法規(guī)檢測服務(wù)
國高材分析測試中心依托先進(jìn)的分析儀器，如液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、電感耦合等離子體發(fā)射光譜等，建立了完善的REACH法規(guī)檢測能力。中心可依據(jù)SVHC候選清單，精準(zhǔn)檢測各類產(chǎn)品中高關(guān)注物質(zhì)的含量，為企業(yè)提供可靠的合規(guī)數(shù)據(jù)支持，助力產(chǎn)品順利進(jìn)入國際市場。
素材來源于網(wǎng)絡(luò)
推薦閱讀
電氣輔材塑料UL94阻燃測試哪個(gè)等級=材料具有可控制的燃燒特性？
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
汽車安全氣囊塑料罩蓋點(diǎn)爆仿真材料卡片準(zhǔn)確性提升研究
玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料大型風(fēng)電葉片灌注銀紋失效分析與解決方案
展開 電氣輔材塑料UL94阻燃測試哪個(gè)等級=材料具有可控制的燃燒特性？
電氣性能阻燃性能評價(jià)
國高材分析測試中心專注于高分子材料檢測評價(jià)，擁有三十余年塑料阻燃性能研究經(jīng)驗(yàn)。中心可依據(jù)國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，提供涵蓋UL 94垂直燃燒、極限氧指數(shù)、煙密度（NBS煙箱法）、錐形量熱（熱釋放速率、生煙速率等）等項(xiàng)目的權(quán)威阻燃性能綜合評價(jià)。
咨詢電話：020-66221668
國高材分析測試中心UL燃燒試驗(yàn)箱
推薦閱讀
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
汽車行駛記錄儀拆解及禁用物質(zhì)檢測案例
汽車安全氣囊塑料罩蓋點(diǎn)爆仿真材料卡片準(zhǔn)確性提升研究
基于ASTM D5656的航空級膠粘劑剪切強(qiáng)度測試優(yōu)化方案
結(jié)論
膠粘劑剪切試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了以下結(jié)論：
（1）噴砂與FPL工藝聯(lián)合作為鋁表面處理手段，對膠接剪切強(qiáng)度有積極影響。相比僅噴砂，F(xiàn)PL處理后，D1002與D5656試驗(yàn)測得的剪切強(qiáng)度分別提高了35%與48%。
（2）FPL處理提高了接頭均勻性。兩種試驗(yàn)中，F(xiàn)PL處理試樣的剪切強(qiáng)度變異系數(shù)更低——D5656試驗(yàn)中為2.13%，而僅噴砂為5.94%。
（3）對比D1002與D5656試驗(yàn)方法，后者所得值更高，更接近膠粘劑理論剪切強(qiáng)度。對于僅噴砂試樣，D5656方法剪切強(qiáng)度比D1002高91%；FPL處理后，這一差異達(dá)109%。D5656試樣鋁厚度更大是主要原因，更大厚度提供更高剛度，減少接頭彎曲，使膠層剪切狀態(tài)更均勻。
（4）不同計(jì)算方法與修正因子得到的剪切模量值存在差異，表明D5656試驗(yàn)方法需修訂，以納入試驗(yàn)結(jié)果與有限元模擬。
INTRODUCTION
膠黏劑制樣設(shè)備
國高材分析測試中心提供專業(yè)的膠黏劑綜合測試服務(wù)，覆蓋其研發(fā)、生產(chǎn)與品控全鏈條。測試項(xiàng)目包括理化性能（粘度、固含量）、力學(xué)與粘接性能（拉伸剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度）、耐久性（高低溫、濕熱、紫外老化）及成分與熱學(xué)分析等。服務(wù)領(lǐng)域廣泛，涵蓋電子電器、汽車制造、新能源、航空航天、建材封裝等多個(gè)行業(yè)，針對金屬、塑料、復(fù)合材料等不同基材的粘接需求，提供精準(zhǔn)測試與一站式技術(shù)支持。
咨詢電話：020-66221668
推薦閱讀
電氣輔材塑料UL94阻燃測試哪個(gè)等級=材料具有可控制的燃燒特性？
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
汽車安全氣囊塑料罩蓋點(diǎn)爆仿真材料卡片準(zhǔn)確性提升研究
玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料大型風(fēng)電葉片灌注銀紋失效分析與解決方案
展開 
