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1.基本特征＆試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

拉伸試驗(yàn)是最基本的一種力學(xué)性能試驗(yàn)方法，是指在規(guī)定的溫度、濕度和試驗(yàn)速度下，在試樣上沿縱軸方向施加拉伸載荷使其破壞。拉伸性能包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、斷后伸長(zhǎng)率線等（彈性模量和泊松比通常取準(zhǔn)靜態(tài)工況下測(cè)量值）。

高速拉伸試驗(yàn)主要用于研究材料基于不同加載速率下多種應(yīng)變率水平的力學(xué)特性，確定材料在不同應(yīng)變率拉伸下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

2.試樣設(shè)計(jì)

• 厚度2.5mm以下試樣尺寸高速拉伸與靜態(tài)拉伸常用圖紙（供參考）

  

     圖1 高速拉伸試樣尺寸


      圖2 靜態(tài)拉伸試樣尺寸

 

注：對(duì)于2.5mm以上試樣，可參考標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)計(jì)

3.加載速率＆應(yīng)變速率

• 名義應(yīng)變速率：

• 平均應(yīng)變速率：

其中，A為斷后伸長(zhǎng)率，t_f為試樣斷裂時(shí)刻。

• 特征應(yīng)變速率：

指試樣屈服-抗拉段應(yīng)變速率的平均值。

注：高速拉伸試驗(yàn)時(shí)，通常以名義應(yīng)變速率設(shè)定加載速率；客戶要求以特征應(yīng)變速率為基準(zhǔn)時(shí)，需要通過預(yù)試驗(yàn)以確定預(yù)定加載速率。

4.試驗(yàn)設(shè)備
 

萬能試驗(yàn)機(jī)示意圖


低速/高度攝像機(jī)

非接觸式變形測(cè)量系統(tǒng)

電子材料萬能試驗(yàn)機(jī)：最大量程試驗(yàn)機(jī)250kN，測(cè)試速度范圍0.001~1000mm/min，主要用于準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試的應(yīng)變片換算載荷系數(shù)標(biāo)定；

低速/高速攝像機(jī)：拍攝準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過程中的試樣二維變形

非接觸分析系統(tǒng)：分析試驗(yàn)錄像，計(jì)算試樣靜態(tài)/動(dòng)態(tài)變形，可以做2D、3D全場(chǎng)分析

4.2 測(cè)量方法

5. 有限元模擬對(duì)標(biāo)

為驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)和擬合獲取的真實(shí)應(yīng)力-塑性應(yīng)變曲線的有效性，通過LS-DYNA軟件對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行了有限元模擬仿真分析。考慮到材料模型對(duì)網(wǎng)格尺寸的敏感性，采用實(shí)體單元對(duì)試樣進(jìn)行網(wǎng)格劃分，有限元模擬試件尺寸與實(shí)際試件相同（參見下圖）。參照試驗(yàn)條件，試件左端固支，右端采用*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION對(duì)試件加載（輸入速度-時(shí)間曲線）。通過在測(cè)量段設(shè)置橫截面*DATABASE_CROSS_SECTION_PLANE定義拉伸載荷輸出（下圖中黑實(shí)線），同時(shí)在測(cè)量段兩端選取兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（下圖測(cè)量段兩端的白色圓點(diǎn)），定義*DATABASE_HISTORY_NODE，通過計(jì)算這兩個(gè)點(diǎn)的相對(duì)位移獲得拉伸位移量，并將仿真獲得的載荷對(duì)位移曲線和試驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)完成對(duì)標(biāo)。
 

     注：模型采用LS-DYNA 24號(hào)材料卡*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY描述鋼材料力學(xué)特性，使用*DEFINE_TABLE和*DEFINE_CURVE關(guān)鍵字輸入一組應(yīng)變率效應(yīng)流動(dòng)應(yīng)力-塑性應(yīng)變曲線。
 

 200s^-1應(yīng)變率下模擬對(duì)標(biāo)結(jié)果