(南京汽车集团有限公司汽车工程研究院,南京 ２１００００) 

摘 要:对拉伸试验过程中主要试验速率控制方法的相关参数,如位移速率、应变速率、应力速 率等在试验过程中不同变形阶段对应关系的变化进行了分析,并对相应换算方法进行了整理和研 究,还使用实际试验数据对不同变形阶段的相关对应关系加以验证.结果表明:在试验前,要了解 试样材料相关应力Ｇ应变(或载荷Ｇ时间)等相关曲线的变化规律和特征,且应根据具体的试验条件、 要求和目的,选择相应的试验控制方法. 关键词:拉伸试验;金属材料;位移速率;应力速率;应变速率 中图分类号:TG１１５ 文献标志码:A 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０９Ｇ０６３６Ｇ０５

在 GB/T２２８．１－２０１０«金属材料 拉伸试验 第１部分:室温试验方法»、GB/T２２３１５－２００８«金属材料 弹性模量和泊松比试验方法»等中,针对不同试验阶段通常都会有一些具体的试验速率控制方法和控制范围的要求,以期在一定试验条件下获得的试验结果具有可比性,避免由于试验速率控制方法的不同导致试验结果出现差异.现行相关金属材料试验方法标准中,也基本都推荐采用横梁位移速率控制方法、应变速率控制方法以及应力速率控制方法.笔者对金属材料拉伸试验位移速率控制下相关试验速率对应关系进行了分析,希望给金属材料拉伸试验工作者提供一定参考.

１ 相关参数对应关系分析

拉伸试验设备通过丝杠或油缸带动横梁和底座位移,实现对试样的拉伸试验功能.在试验过程中,试样、试验设备系统(横梁、丝杠、夹具等)因为受力都会参与变形,横梁位移量由试样变形和试验设备

系统的变形共同构成.

１．１ 位移、变形、应变、应力、试验载荷的相关对应关系横梁位移等于试样的变形与试验设备系统的变形之和,即

式中:δc 为横梁位移量,mm;δm 为试验设备系统变形,mm;δp 为试样平行段部分变形,mm.试验设备系统变形等于试验载荷与试验设备刚度的比值,即

式中:Cm 为试验设备刚度,N??mm－１;F 为试验载荷,N.式(２)也可转换为

试样平行段变形等于试样平行段应变与试样平行段长度的积,即

式中:el 为试样平行段应变;Lc 为试样平行段长度,mm.弹性变形阶段应力和应变的关系为

式中:R 为弹性变形阶段的应力,N??mm－２;E 为弹性模量,N??mm－２.

式(５)也可转换为

将式(６)代入式(４)可得到试样弹性变形阶段的

变形,即

试样应力和试验载荷的关系为

式中:S 为试样平行段横截面积,mm２.式(８)也可转换为

将式(９)代入式(３)可得 

设m 为给定时刻的应力Ｇ应变曲线的斜率,那么这一时刻的应力对应变的求导计算为

式中:m 为给定时刻的应力Ｇ应变曲线的斜率,MPa. 将式(８)代入式(１１),经过转换可得

１．２ 变形速率和位移速率的计算

试验状态下,横梁位移速率等于试验设备系统变形速率与试样平行段变形速率的和.通过变形、位移对时间求导,得