高速拉伸試驗機
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
高速拉伸試驗機的實例教程
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。由于拉伸速度較慢，即使兩者采集開始時間相差幾微秒，在最后的結果-應力-應變曲線上，也很難看出區別。但對于高速拉伸試驗，如果光學應變測量系統與高速拉伸試驗機數據采集開始時間相差幾微秒，結果則會被改寫。
展開 經過計算，1A,1BA,S3A樣條的高速拉伸測試所得應力－應變曲線中（圖1、圖2、圖3)屈服前近直線段的斜率相應為718.00,3910.00,1262.22。
采用1BA樣條測試時，載荷加載速度最快，S3A樣條次之。因此，當采用高速拉伸試驗機進行車用PP的高速拉伸測試時，優選1BA樣條。
2.4樣條類型對斷裂伸長率測試的影響
斷裂伸長率一直是拉伸測試關注的焦點，它可以評價材料的力學性能、反應材料的韌性。采用1A,1BA,S3A樣條進行應變速率為100.00,10.00,1.00,0.10,0.01s^-1的拉伸測試，得出斷裂伸長率如表3所示。
表3 樣條在不同應變速率下的斷裂伸長率
PP是應變敏感性材料，即斷裂伸長率隨著應變速率的增加而降低。采用1A樣條與1BA樣條測試時，得出的應變速率與斷裂伸長率的關系與此規律相符。而采用S3A樣條測試時得出的應變速率與斷裂伸長率的關系是無規律的。所以，從測試斷裂伸長率角度出發，當采用高速拉伸試驗機測試時，優選1A與1BA樣條。
結論
Conclusion
當采用高速拉伸試驗機進行車用PP測試時：a)1BA樣條測試效果相對較好，建議在條件允許的情況下，盡量不選擇S3A樣條進行高速拉伸測試；b)3種試樣載何震蕩效果上都存在缺點，高速拉伸的試樣規格需要進一步優化；c)雖然測試的是同一種材料，但是只是改變了樣條的形式，3種樣條測試得出的屈服應力有很大差異，其原因則有待進一步探索。
展開 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。通過數學函數方程可對各應力-塑性應變曲線進行準確模擬。同時,也可以建模分析此函數中的參數隨應變速率的變化,從而外推得出較高應變速率下的參數值。通過計算就可獲得較高應變速率下的應力-應變曲線。
展開 泊松比獲取方法：
根據靜態拉伸試驗機測得材料的靜態拉伸工程應力-應變曲線、材料的彈性模型；配合橫向引伸計和縱向引伸計計算得出材料的泊松比；或者用高速相機計算橫向和縱向變形計算泊松比。
應力-應變曲線：
用高速拉伸試驗機測得材料在不同應變率下的工程應力應變數據，然后計算出真實應力應變數據，再減去彈性變形，得到仿真分析用到的塑性應變-應力曲線。
2、跌落仿真分析速度慢：
3、跌落仿真分析結果精度偏低：目前帶包裝的跌落仿真的仿真度偏低是整個行業的弱勢，精度粗估在60%到75%左右吧。在包裝仿真方面，大家提出以下幾個觀點：
1）在配合包裝仿真分析的物理驗證試驗過程中，建議配上高速攝像機，國高材分析測試中心的高速拉伸試驗機，配備高速相機，據說效果杠杠的；
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，模型準確性，模型完整性的原因，仿真度很難很高，同時在包裝崗位的仿真分析工作中，可以在產品設計之初對結構進行靜力強度分析，根據分析結果評估包裝方案。
（材料仿真系列課程）
問題二：實際問題分析中如何計算受力大小？
Q：有一個問題咨詢下大家，一個插座通過許多插針固定在PCB板上，假設其可受力50N，如何通過仿真判斷其包裝是否可靠？插座上針都畫成網格很困難，只能虛擬裝配下，如何計算其跌落過程中受力大小？
觀點如下：
1）帶包裝的可靠性的話可以在跌落仿真中設置與實驗條件等同的分析狀態進行沖擊仿真，根據分析結果查看支座反力；
2） 汽車仿真比較關注網格質量因素，在這方面包裝跌落仿真也可以參考下。
展開 背景描述
在高速拉伸測試過程中，基于一個假設條件：試樣的延伸都發生在平行段內，可由該公式求得試驗速度v=應變率*平行段長度。但實際測試過程中，試樣的延伸往往不止發生在平行段內，還會在試樣頸部或肩部區域，這就導致了實際應變率與設定應變率總有差異。
本研究通過對比不同樣條的測試結果，優選出應變率最精確的試樣類型，從而提升測試精度，最終得到準確的應力-應變曲線。實驗利用DIC技術測量試樣的應變，散斑圖作為DIC技術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字圖像，試驗中如何制作穩定有效的散斑圖能提高樣條的應變測試結果。
案例解決過程
（1）試驗材料與儀器與樣條類型
實驗儀器圖：帶高速相機的高速拉伸試驗機
（2）DIC應變測量方法原理
測試前在試樣表面制作散斑，使用高速攝像機拍攝拉伸的全過程，然后用計算機處理所拍到的數字圖像（散斑圖），通過對比試樣表面在變形前后的散斑圖，運用相關算法求出試樣的全場位移與應變。不同應變率試驗高速攝像機需使用不同的拍攝幀數，應變率越高拍攝幀數也要相應地提高。為保證處理數據能得到應力-應變曲線，高速攝像機的拍攝幀數需與高速拉伸試驗機的力值采集頻率相同。原理簡示圖如圖1，計算機通過分析虛擬引伸計的長度變化得出試樣的應變-時間曲線。
圖1試樣的應變-時間曲線
案例結果與分析
（1）樣條的斷裂現象分析
1A、1B、1BA、Type 3試樣均為啞鈴型。啞鈴型設計是為了避免斷裂發生在標距外的情況，標距外的斷裂會導致測試結果出現偏離。試驗結果表明啞鈴型試樣在標距內斷裂，結果有效，而直條型試樣斷裂在夾鉗位置，結果無效。
圖2試樣斷裂
（2）應變-時間曲線分析
高速相機拍攝拉伸的整個過程，再通過計算機DIC技術得出試樣從拉伸開始到斷裂的應變-時間曲線，如圖10~12。
展開 
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高速拉伸試驗機的最新內容
表1 對接高速拉伸測試方案
測試方案
4.1 測試設備
高速拉伸試驗機（上拉式），該設備最高可實現20m/s的拉伸速度。高速相機，拍攝視頻，分析樣品的失效過程。
一般應變速率小于0.1 s?1時，可以在靜態試驗機上進行試驗，規范參考GB/T 228.1—2010《金屬材料拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》；當應變速率大于0.1 s?1時，需要在高速拉伸試驗機上進行試驗，稱為高應變速率拉伸測試。
服務介紹
國高材分析測試中心依據GB/T 33227-2016標準，配備高速拉伸試驗機和DIC技術系統，可精準測定鋁及鋁合金板帶材在高應變速率下的動態力學性能，包括抗拉強度、延伸率、彈性模量等關鍵參數。試驗涵蓋車身覆蓋件、結構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變速率敏感性分析。
在應變速率0.001/s至1000/s區間內，要獲得不同數量級下的應力-應變曲線，需要不同的測試設備，即準靜態萬能材料試驗機和高速拉伸試驗機。準靜態萬能材料試驗機可滿足應變速率0.001/s至10/s（準靜態拉伸應變速率）下的測試，高速拉伸試驗機可滿足應變速率10/s至1000/s（高速拉伸應變速率）下的測試。
所以，從測試斷裂伸長率角度出發，當采用高速拉伸試驗機測試時，優選1A與1BA樣條。
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。
案例解決過程
（1）試驗材料與儀器與樣條類型
實驗儀器圖：帶高速相機的高速拉伸試驗機
（2）DIC應變測量方法原理
測試前在試樣表面制作散斑，使用高速攝像機拍攝拉伸的全過程，然后用計算機處理所拍到的數字圖像（散斑圖），通過對比試樣表面在變形前后的散斑圖，運用相關算法求出試樣的全場位移與應變。不同應變率試驗高速攝像機需使用不同的拍攝幀數，應變率越高拍攝幀數也要相應地提高。
材料制樣、測試服務方案
國高材分析測試中心可依據GB、ISO、ASTM等測試標準，制備標準測試樣條，通過高低溫萬能試驗機、高速拉伸試驗機、高速相機和霍普金森壓桿等設備，獲取材料仿真模擬所需的彈性模量、泊松比、應力-應變曲線等數據。
、高速拉伸試驗機、高速相機和霍普金森壓桿等設備，獲取材料仿真模擬所需的彈性模量、泊松比、應力-應變曲線等數據。
材料制樣、測試服務方案
國高材分析測試中心可依據GB、ISO、ASTM等測試標準，制備標準測試樣條，通過高低溫萬能試驗機、高速拉伸試驗機、高速相機和霍普金森壓桿等設備，獲取材料仿真模擬所需的彈性模量、泊松比、應力-應變曲線等數據。
服務流程
了解客戶真實需求——設計制樣方案——制備試樣——交付試樣
