[發明專利]材料高速拉伸應力應變測試設備及方法

在審

• 申請號: 201810642764.9
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108593429A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 陳明;魏星;劉淵媛;黃全偉;董蓓;彭周;陳寅;余立
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01N3/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

本發明公開了一種材料高速拉伸應力應變測試設備，其包括試樣、高速拉伸試驗機、應變片、光源、高速攝像機和控制器；試樣呈啞鈴狀，其中部為平行段，其下部為彈性段，在平行段噴涂有散斑；高速拉伸試驗機用于對試樣進行拉伸；應變片粘貼在試樣的彈性段上；應變儀用于接收應變片傳來的數據；光源用于對準試樣測試部位，使得試樣表面噴涂的散斑清晰可見；高速攝像機用于對準試樣平行段；控制器用于接收高速拉伸試驗機、高速攝像機、應變儀傳來的數據，并繪制出試樣的應力?應變曲線。本發明還提供一種材料高速拉伸應力應變測試方法。本發明能有效解決高應變速率下的材料應力?應變曲線的震蕩問題，使測試結果變得準確。

技術領域

本發明屬于材料力學行為測試領域，具體涉及一種材料高速拉伸應力應變測試設備及方法,主要針對汽車用薄規格鋼板、鋁合金、塑料、復合材料等的測試。

背景技術

汽車的安全性可通過在車身撞擊過程中吸收撞擊能量的能力及對乘員的保護程度體現，而在撞擊過程中，材料的變形是一個高應變速率的動態響應，所以研究汽車車身用鋼板在高速下的動態力學行為，對汽車輕量化發展進程中優化結構設計、合理選擇材料、提高車身安全性具有指導作用。

在材料力學行為表征中，由于拉伸測試可以得到拉伸強度、伸長率、彈性模量、泊松比等指標，因此材料高速拉伸應力應變測試是表征動態力學行為的重要手段。應用于金屬材料高速拉伸測試的試驗設備有液壓伺服高速拉伸試驗機、Hopkinson桿等。材料高速拉伸應力應變測試是汽車碰撞模擬CAE分析的重要數據來源，通常，軟件模擬需要輸入大量的數據參數，如彈性模量、拉伸強度、斷裂伸長率、應力-應變曲線等。應用的應力-應變曲線需要橫跨多個數量級，從0.001/s-1000/s不等。由此可見，測試數據的可靠性是極其重要的。

高速拉伸試驗機由液壓伺服驅動，當應變速率低于100/s的情況下，測試得到的應力-應變非常平順，能夠準確的反應材料在不同速率下的動態力學行為。當應變速率大于100/s時，試樣在高速應變率下，應力波會出現來回反射，試驗機的力傳感器測得的信號波動非常大，應力應變曲線出現明顯地抖動，數據的準確性大大降低，難以準確地描述材料動態下的本構關系，無法有效地進行汽車碰撞模擬分析。公開號為CN105651598A，公開日為2016.06.08的專利申請公開了一種基于線陣相機的高速應變測試裝置及方法，該裝置和方法使用線陣相機達到了在高速下準確測量應變的需求，但是，該裝置和方法沒有考慮在高速下力傳感器信號的震蕩，因而測試結果也不準確。

發明內容

本發明的目的在于提供一種材料高速拉伸應力應變測試設備及方法,該設備和方法能有效解決高應變速率下的材料應力-應變曲線的震蕩問題，使測試結果變得準確。

本發明所采用的技術方案是：

一種材料高速拉伸應力應變測試設備，其包括

試樣，其中部為平行段，其下部為彈性段，在平行段噴涂有散斑；

高速拉伸試驗機，用于對試樣進行拉伸，并使試樣在高速下產生拉伸變形；

應變片，粘貼在試樣的彈性段上，通過記錄彈性應變，計算獲取拉力值；

應變儀，用于接收應變片傳來的數據；

光源，用于對準試樣測試部位，使得試樣表面噴涂的散斑清晰可見；

高速攝像機，用于對準試樣平行段，記錄試樣在拉伸變形時的應變；

控制器，用于接收高速拉伸試驗機、高速攝像機、應變儀傳來的數據，并繪制出試樣的高速拉伸應力-應變曲線。

按上述方案，高速拉伸試驗機為HTM5020，其最大載荷為50KN，最大試驗速率為20m/s，采樣頻率為10MHz，典型應變速率為0.1-1000/s，以獲得應變速率大于100/s的準確的應力-應變曲線。測試對象為汽車用薄規格鋼板，也可以對鋁合金、塑料、復合材料。