高速拉伸測試
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
高速拉伸測試的視頻教程
如何準確獲取高應變速率拉伸性能的應力應變曲線
而高速拉伸測試作為一項重要的實驗手段，不僅可以為工程師提供可靠的數據支持，而且在分析材料行為和應用的過程中具有獨特作用。 高速拉伸測試是一種通過施加高速應變率來研究材料在瞬態負載下的力學行為的方法。通過高速拉伸測試，可以獲取材料的應力-應變曲線、動態彈性模量、屈服強度、斷裂韌性等重要參數，進而評估材料的性能和可靠性。
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高速拉伸測試的實例教程
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 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 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。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。
展開 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，“如何獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間的應力-應變曲線”這一問題，可轉化成“如何將兩套工作原理不同的測試設備測得的結果完美且可靠地整合在一起”。回答此問題，需要從以下四個方面進行設計。
（一）試樣設計
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備，獲得的測試結果也會不一樣。因此在不同的測試設備上進行測試，試樣的平行部長寬必須一致。
我們知道高速拉伸試驗機具有其倔強性（局限性），所以試樣的設計只能以高速拉伸試樣為基準，設計準靜態拉伸試樣，讓準靜態試驗機的試樣遷就高速拉伸試驗機的試樣，沒有其他選擇。準靜態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，只是試樣個子（總長）高些。
（二）應變測量
在常規拉伸試驗中，應變測量設備一般有機械接觸式引伸計、激光引伸計、光學應變測量系統等。既能用于準靜態拉伸測試又能用于高速拉伸測試，當屬激光引伸計和光學應變測量系統。論測量信息的豐富度，似乎光學應變測量系統又要勝一籌。為了獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間可靠的應力-應變曲線的一方-應變,暫且選用光學應變測量系統作為應變的測量設備。
展開 對于各種不同的破壞力，則有不同的強度指標，常用的有拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和硬度，這里著重介紹拉伸測試速率對高分子聚合物測試性能的影響。
1. 高分子材料拉伸過程
拉伸性能是高分子聚合物材料的一種基本力學性能指標。典型單軸拉伸時的應力-應變曲線如圖1所示。
圖1中的Y點稱之為屈服點，對應的強度為拉伸屈服強度，試片在出現屈服之前發生的斷裂稱為脆性斷裂，這種情況下，試片斷裂前只發生很小的變形（圖中的OA段），試樣并沒有明顯的變化，斷裂面一般與拉伸方向相垂直，斷裂面也很光滑。
試片在出現屈服之后的斷裂稱之為韌性斷裂，試片在屈服后出現了較大的應變，如果在試樣斷裂前停止拉伸，除去外力，試片的大形變已無法完全回復，但是如果讓試片的溫度升到玻璃化溫度Tg附近，則可發現，形變又回復了。這是一種高彈形變，從微觀上看，屈服點以后材料的大形變主要是分子鏈段運動，即在大外力的幫助下，本來被凍結的鏈段開始運動，高分子鏈的伸展提供了材料的大形變。這時由于材料處在玻璃態，即使外力除去后，也不能自發回復，而當溫度升高到Tg以上時，鏈段運動解凍，分子鏈蜷曲起來，因而形變回復，在宏觀上表現為彈性回縮。
高彈變形的過程是外力作用促使材料主鏈發生內旋轉的過程，此過程需要的外力要小的多，而變形量卻大的多，所以在曲線上表現為屈服后應力下降也就是圖上的YB段，高分子鏈段在伸展過程中所需力的大小變化不明顯，故在曲線中部出現比較平穩的線段。
如果在分子鏈伸展后繼續拉伸，則曲于分子鏈取向排列，使材料強度進一步提高，因而需要更大的力，所以應力又出現逐漸的上升，直到發生斷裂（見圖中的BX段）。
展開 
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在橡膠類超彈性材料的力學特性表征中，等雙軸拉伸測試是構建精確本構模型的核心試驗之一。
長期以來，傳統周向夾持（傳統16爪式）裝置被廣泛使用，但其技術局限也逐漸在工程實踐中顯現。本文將從專業角度，對比新興的充氣式等雙軸拉伸技術，并重點探討測試應變范圍的提升如何直接影響結構仿真的可靠性。
傳統周向夾持式的技術瓶頸
與仿真數據缺口
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。
機械強度是材料力學性能的重要指標，機械強度就是材料抵抗外力破壞的能力，當所受外力超過材料承受的能力，材料就要發生破裂。對于各種不同的破壞力，則有不同的強度指標，常用的有拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和硬度，這里著重介紹拉伸測試速率對高分子聚合物測試性能的影響。
1. 高分子材料拉伸過程
拉伸性能是高分子聚合物材料的一種基本力學性能指標。典型單軸拉伸時的應力-應變曲線如圖1所示
至此，關于“如何獲得應變速率0.001/s 至1000/s區間的應力-應變曲線”已經分享完了，從試樣設計、應變測量、力值校準、同步采集等四個方面，開啟一場高速拉伸測試之旅吧。
材料在高應變速率下的應力－應變曲線常由高速拉伸試驗機測得，而目前高速拉伸測試面臨很多問題，如載荷震蕩嚴重、慣性力影響、系統阻尼比(ζ)較小等。這些因素都嚴重影響高速拉伸測試的準確性。而解決這些問題的方法之一是選擇合適類型的樣條。目前國際上關于高速拉伸測試的樣條的類型并沒有統一，也沒有相關資料進行研究。
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
黨的二十大報告提出，高質量發展是全面建設社會主義現代化國家的首要任務，明確提出加快建設質量強國。
在汽車領域，對原材料、零部件、系統總成及整車開展大量試驗，是汽車生產企業貫徹質量強國戰略的基礎，也是進行嚴格質量把關、全面提升汽車安全性、可靠性的關鍵。
譜尼測試集團在汽車測試方面深耕多年，積累了豐富的經驗，此前，集團憑借堅實的技術基礎和良好的品牌積淀
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圖片
譜尼測試集團在汽車測試方面深耕多年，積累了豐富的經驗，此前，集團憑借堅實的技術基礎和良好的品牌積淀，獲得了奔馳、大眾、奧迪、比亞迪
一、 案例背景：
拉伸性能是聚合物力學性能中最重要、最基本的性能之一。塑料在使用過程中會受到溫度、濕度等影響而逐漸老化，老化后拉伸強度是對塑料耐老化性能的評估的重要依據。塑料老化后通常會出現粉化、變形等變化，拉伸強度測試準確性降低，因此提升老化后拉伸測試的準確性很有必要。
二、 實驗設計
1 、實驗樣品
A（改性聚丙烯）和B（玻纖增強聚丙烯）
2.1樣品老化
將樣品放入到熱老化烘箱內
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。
