高速拉伸測試的案例
技術研究 | 為了提高高速拉伸測試結果準確性，我們都長”斑“了
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 技術分享 | 樣條類型對汽車用PP高應變率測試的影響
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 車用PP高應變速率下的應力-應變曲線獲得方法研究
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 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
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 
如何選擇拉伸速率，保證塑料拉伸測試的準確度
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 高速拉伸設備順利完成調試！！！
最高速20m/s
基于LS_dyna模擬拉伸測試實驗
基于LS_dyna模擬拉伸測試實驗
有一起學習CAE的同學，可以關注公眾號：CAE備忘錄，讓我們一起學習CAE的使用技巧，一起學習CAE有關知識，一同學習，一同成長！
學習目標
1、 重新熟悉拉伸測試實驗
2、 認識dyna中基本材料模型
3、 了解LS-prepost中的基本操作
實驗描述
拉伸實驗的樣件按照實際式樣的尺寸，如下圖所示，
對于LS-Dyna，大多數材料都是輸入的都是真實應力應變，而不是工程應力應變。通常，我們在實驗室進行的軸向拉伸實驗，輸出的都是工程應力應變數據。因此，我們需要將數據進行轉換，才能輸入到LS-Dyna。工程應力應變曲線與真實應力應變曲線有相應的數學關系。
工程應力應變的數學關系如下所示：
真實應力應變曲線數學關系如下所示：
讀取幾何
打開LS-Prepost，File>import>Ls-Dyna keyword file> tensile_test.k，導入拉伸實驗的試件幾何文件。
材料屬性
在右側菜單欄點擊Model>keyword，所有關鍵字的都可以在這里編輯。雙擊MAT>024-PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY，這個24號材料是被廣泛用于定義彈塑性材料的方式之一。
展開 PEEK（聚醚醚酮）拉伸彈性模量測試方法介紹
PEEK5600G純材料，雖然材料的拉伸彈性模量只有4GPa，但也比PE、PVC、POM、PC等常規材料的性能要好很多，可以在多個領域代替這些常規塑料材料。
經過增強改性的PEEK5600CF30材料的拉伸彈性模量能達到20GPa，完全能滿足多個領域產品的性能要求。
在航空航天、國防軍工及醫療器械等領域，其對材料的拉伸彈性模量要求更高，常規的PEEK5600CF30滿足不了的情況下，江蘇君華特塑開發了連續CF/PEEK熱塑性復合材料，材料拉伸彈性模量能達到60GPa，能完全滿足航空航天、國防軍工及醫療器械等領域的苛刻要求。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強度測試誤差案例分析
我們對TPV進行了不同溫度下注塑試樣測試結果的對比，也對不同流動性的TPV進行了相同注塑溫度下注塑試樣的測試結果對比，基本得出如下結論：
a. 注塑溫度高的情況下，TPV的拉伸強度更好，并且試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小；
b. TPV流動性好的情況下，則試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小。
這說明，對于熱塑性彈性體加工充分的塑化是非常必要的，而模壓則提供不了充分的塑化，只能寄希望于熱塑性彈性體的流動性足夠好，或者模壓溫度盡可能的高，或者模壓的料子盡可能多放點，讓其產生溢料。
4.3 最后造成波動的原因，可能是模壓熱塑性彈性體試樣，加熱時間以及冷卻時間，如果這部分時間長達幾十分鐘，那么勢必造成熱塑性彈性體分子降解，表觀可以發現微微發黃，拉伸強度也可能下降。
從上面敘述，模壓制作熱塑性彈性體試樣，不可控的地方太多，塑化質量不知道、成型時間不確定，由此造成的拉伸強度測試結果波動大，也很好理解。敲黑板，如果理解不了，直接拿料子給專業的公司進行制樣和測試！
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。
展開 技術研究 | 沒想到這種方法做拉伸測試，塑料老化壽命差異這么大
圖2 老化前后樣條形貌對比
對粉化的樣條進行拉伸測試，拉伸強度都很低，B拉伸結果如圖3，A拉伸測試結果如圖4：
圖3 B測試結果與應力應變曲線
圖4 A測試結果與應力應變曲線
B老化前拉伸強度為88.4MPa，老化后拉伸強度為16.1MPa，降低了81.8%。B 表面浮纖較多，但是測試時基本沒有打滑現象，斷裂點主要是在中間平行段部分，樣品測試結果均勻性良好。
A老化前拉伸強度為19.6MPa，老化后平均拉伸強度為2.05MPa，降低了89.5%。老化后拉伸強度波動較大。拉伸測試過程中出現端部斷裂的現象，且有80%的樣條均在端部斷裂，經過觀察，樣品的端部寬度較大，分層后內部空穴較大，抗拉伸性能較差，需要對拉伸過程進行改善。兩種樣品的拉伸斷裂情況見圖5。
圖5 兩種樣品的拉伸斷裂情況
2.2.2粉化后樣條測試方法研究
1、A粉化嚴重，主要對A進行拉伸測試改善研究。老化結束后，樣條尺寸變小，厚度為3.75-3.85之間，實際斷裂的位置大都在端部，端部寬度更寬，如果按照斷裂處的尺寸進行計算，拉伸強度的準確性將會有提升。實驗中對比了不測尺寸，中部尺寸和斷裂處尺寸三種計算方式對結果的影響，結果見圖6。
圖6 A不同計算尺寸對應結果
從結果來看，若將實際斷裂處尺寸帶入計算拉伸強度，得到的結果均勻性相對會好一些，結果也更低。
2、在拉伸測試中，若不在樣條中部斷裂，測試的結果應該舍棄，不能使用，因此需要改善端部斷裂的情況。主要從兩個方面改善：端部強度增強；端部不參與測試。
方法一是端部增強，我們采用保鮮膜圖（7）對端部進行捆綁增強，包覆后拉伸測試斷裂點也大都在夾具內（端部），且測試結果比較低，最大值3.01MPa，最小值1.09MPa，平均值為1.72MPa。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強度測試誤差案例分析
注塑溫度高的情況下，TPV的拉伸強度更好，并且試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小；
b. TPV流動性好的情況下，則試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小。
這說明，對于熱塑性彈性體加工充分的塑化是非常必要的，而模壓則提供不了充分的塑化，只能寄希望于熱塑性彈性體的流動性足夠好，或者模壓溫度盡可能的高，或者模壓的料子盡可能多放點，讓其產生溢料。
4.3 最后造成波動的原因，可能是模壓熱塑性彈性體試樣，加熱時間以及冷卻時間，如果這部分時間長達幾十分鐘，那么勢必造成熱塑性彈性體分子降解，表觀可以發現微微發黃，拉伸強度也可能下降。
從上面敘述，模壓制作熱塑性彈性體試樣，不可控的地方太多，塑化質量不知道、成型時間不確定，由此造成的拉伸強度測試結果波動大，也很好理解。敲黑板，如果理解不了，直接拿料子給專業的公司進行制樣和測試！
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
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汽車高速發展，譜尼測試切實從源頭把好質量關
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、特斯拉、理想、小鵬、零跑等國內外眾多知名車企認可，充分贏得了行業口碑。
集團在汽車測試領域具備多項資質，擁有認監委指定汽車產品強制性認證（CCC）實驗室和工信部汽車零部件公告檢驗機構等資質，可對傳統燃油汽車、新能源汽車的整車、零部件、內外飾件等進行檢測，提供更加優質高效、全方位的技術支持。
汽車高速發展，譜尼測試切實從源頭把好質量關 (
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、特斯拉、理想、小鵬、零跑等國內外眾多知名車企認可，充分贏得了行業口碑。
集團在汽車測試領域具備多項資質，擁有認監委指定汽車產品強制性認證（CCC）實驗室和工信部汽車零部件公告檢驗機構等資質，可對傳統燃油汽車、新能源汽車的整車、零部件、內外飾件等進行檢測，提供更加優質高效、全方位的技術支持。
橡膠等雙軸拉伸測試技術的演進：為何更大的應變范圍對仿真精度至關重要
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
傳統16爪裝置在夾持原理上通過機械夾具同步拉伸試樣邊緣。這一方式在實踐中面臨幾個固有挑戰：
有效應變范圍不足
由于應力集中，試樣常在夾持邊緣附近發生撕裂或滑脫。這使得大部分材料的有效測試應變難以超過50%，僅少數柔軟材料可達100%。這個量級的應變數據，對于許多設計工況下應變可能超過200%的工程部件而言，是遠遠不夠的。
數據質量與一致性
多個獨立夾爪的同步性與摩擦阻力，使得測試設備存在難以消除且無法忽略的系統誤差，影響力值測量精度。同時，試樣裝夾操作難度大、費力耗時，拉力的一致性高度依賴操作者經驗，導致測試結果的復現性面臨挑戰。
最關鍵的影響在于仿真領域：材料等雙軸拉伸試驗的應變范圍小，將直接導致無法準確擬合材料超彈性本構模型（如Yeoh、Ogden模型）的參數。
本構模型的擬合，本質上是利用試驗數據來“校準”一個數學公式。如果校準所用的數據（試驗應變范圍）遠小于實際使用工況，那么在此范圍之外的模型預測行為就等同于“無據可依”的外推（如下圖所示），其準確性無法保證。
充氣式等雙軸拉伸的
技術原理與優勢
充氣式技術采用了一種截然不同的思路：通過施加均勻氣壓使圓形試樣鼓脹，實現球面中心的純等雙軸變形狀態。
展開 如何保證塑料拉伸測試的準確度？這幾點建議幫你輕松應對！
拉伸速度要求平穩均勻，速度偏高或偏低都會影響拉伸結果。試驗機的同軸度不好，拉伸位移偏大，拉伸強度有時將受到影響，結果偏小。試驗數據采集的頻率也要適中，否則將影響到試驗數據，峰值偏小。
3. 試樣的制備與處理對塑料拉伸檢測的影響
在做各種塑料試驗時，都要按標準制成樣 (依據GB/T8804與受試材料有關的部分制樣)。制樣方式有兩種：一是用原材料制樣，另一種是從制品上直接取樣。
用原材料制成試樣有幾種方法，包括模壓型、注塑成型、壓延成型或吹膜成型等，每種制樣過程都應符合相關的標準。但不同方法制樣的試驗數據不具備可比性。
同一種制樣方法，要求工藝參數（如模具結構、成型溫度、成型壓力、冷卻速度等）和工藝過程也要相同，否則塑料的成型過程中的微觀結構如結晶度、分子取向等將有較大變化，直接影響試驗數據。
4. 檢測操作過程對塑料拉伸檢測的影響
因為塑料屬于粘彈性材料，它的力松弛過程與變形速度緊密相關。應力松弛需要一個時間過程，當低速拉伸時，分子鏈來得及位移、重排，塑料呈現韌性行為，表現為拉伸強度減小，斷裂伸長率增大；高速拉伸時，分子鏈段的運動跟不上外力作用的速度，塑料呈現脆性行為，表現為拉伸強度增大，斷裂伸長率減小。只有拉伸速度相同時，試驗數據才具有可比性。對不熟悉的材料，正式測試之前要進行預測，以預知合適的負荷和速度等，為正式測試做好準備。
圖1 這種材料出現屈服并經過屈服過度后，強度再次增強直至斷裂，因此拉伸強度和斷裂強度出現在同一點，與強度對應的橫坐標值為伸長率數值，屈服強度點所對應的橫坐標數值為屈服伸長率數值。
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