CN104344994B - 一种准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法。在铝单丝的拉伸实验中，常使用一般接触式引伸计测量材料的变形量，但是由于该引伸计行程有限并且试样断裂时的剧烈震动会损坏引伸计，因此往往在较小应变量时就拆除引伸计而无法得到完整的拉伸曲线。本发明利用一般的接触式引伸计测量应变，将引伸计记录的应力‑应变曲线作为整个曲线的第一部分，将从引伸计拆除时直至试样断裂的载荷‑位移曲线转化为应力‑应变曲线，以实测延伸率与第一部分曲线塑性变形量的差作为基准，将第二部分曲线进行缩放，然后将两部分曲线连接得到完整的拉伸曲线。本发明可以拟合直观反映铝单丝基本性能指标的完整拉伸曲线，可在工程及科技论文写作中广泛推广。
Description
技术领域
本发明涉及拉伸曲线的拟合方法技术领域，具体涉及一种准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法。
背景技术
拉伸曲线是材料在拉伸过程中时时记录的载荷-位移曲线或应力-应变曲线，曲线记录了材料从开始拉伸直至断裂过程中载荷或应力随应变量的变化趋势。在工程特别是学术研究领域，铝单丝的拉伸曲线是一条必要的重要曲线，主要反映铝单丝的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率，而这些性能参数都是反映铝单丝静态性能好坏并评价铝单丝能否安全使用的重要指标。
目前，只是测试铝单丝的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率已经具有很成熟的测试技术，可以按照金属材料室温拉伸实验方法GB/T228-2002得以实现。但是在工程特别是科技论文写作方面经常会要求绘制一条能体现铝单丝各种拉伸性能的完整拉伸曲线，绘制这样的曲线具有很大难度。目前绘制这样的曲线有以下三种方法：第一，利用试验机记录的载荷-位移曲线转换成应力-应变曲线。第二，利用视频引伸计跟踪单丝铝线到断裂，记录整个过程的应力-应变曲线。第三，利用全自动接触式引伸计或激光引伸计记录整个拉伸过程的应力-应变曲线。但是，以上测试方法都存在弊端。第一种方法的应变是由作动器的位移量除以试样平行长度得到的，由于应变引入了夹头、试样圆弧等位置的变形因此测得的应变量要远大于实际的试样变形量，而且此方法测得的试样的屈服强度也不符合仲裁实验的要求，因为仲裁实验要求屈服强度的测试一定要安装引伸计。第二种方法需要在试样的标距处装贴标距辨认条，由于标距辨认条在有些试样的拉伸过程中容易滑动且标距辨认条上的标记比较大，因此此方法对于小试样拉伸时的精度较差。第三种方法是可行的，但是由于激光引伸计和全自动接触式引伸计的价格很昂贵，因此一般的实验室一般不具备这样的仪器。而常规的接触式引伸计，由于试样断裂时的剧烈震动会损坏引伸计，另外，一般引伸计的量程很有限，因此，使用这种引伸计时必须在试样断裂前或应变量超出引伸计的量程前拆除引伸计，所以也无法绘制完整的拉伸曲线。
发明内容
为了克服现有技术中难以绘制反映铝单丝基本力学性能的完整拉伸曲线的不足之处，本发明提供了一种准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法，从拟合后的拉伸曲线上可以清晰的反映出铝单丝的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率。该方法操作简单，且仅使用一般实验室具有的常规接触式引伸计就可实现。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法，该方法步骤如下：
（1）测量铝单丝的尺寸并对铝单丝的原始标距做标记。所述铝单丝的尺寸包括平行段长度Lc，原始标距L0和铝单丝的直径d。使用细的记号笔进行标记。
（2）在铝单丝上安装接触式引伸计。
（3）在拉伸试验机上进行拉伸试验，并在试样断裂前拆除引伸计，并保证拆除引伸计时没有超过引伸计的量程；拆除引伸计后继续保持位移控制将铝单丝拉伸至断裂（当应变规的应变值达到2.5-5％时，拆除引伸记）。
（4）测量断裂后铝单丝的断后标距长度Lu并计算断后伸长率A，A＝（Lu-L0）/L0。
（5）绘制载荷-夹头位移曲线，并将夹头位移除以铝单丝的平行段长度Lc，从而绘制由夹头位移确定的应力-应变曲线。
（6）绘制应变规拆除前的应变规记录的应力与应变的关系曲线，并测量引伸计拆除时的应力σ0、对应的非比例伸长率A0以及对应的总伸长率At0。
（7）在由夹头位移确定的应力-应变曲线中找到应力为σ0的点，也就是拆除引伸计时的点，该点对应的总应变为ε0，则该点坐标为（ε0，σ0）。同时，在由夹头位移确定的应力-应变曲线中找到铝单丝断裂时的点，坐标为（εu，σu）；将由夹头位移确定的应力-应变曲线中从拆除引伸计到单丝铝线断裂的所有点，即总应变在ε0～εu范围内的所有点均沿应变轴负向平移ε0，然后将平移后的这段曲线上所有点的横坐标同时乘以（A-A0）/(εu-ε0）；假如平移前该段曲线上任意一点的坐标为（σ，ε），则平移和缩放后该点的坐标为（（ε-ε0）·（A-A0）/(εu-ε0），σ)。
（8）将由夹头位移确定的应力-应变曲线中平移和缩放后的曲线段再向应变轴正向平移At0，曲线段上任意一点的坐标变为（At0+（ε-ε0）·（A-A0）/(εu-ε0），σ)。将平移后的曲线段与由应变规确定的应力-应变曲线合并，从而使得平移后的曲线段与由应变规确定的应力-应变曲线首尾相连，组成了最终的完整拉伸曲线。
本发明的有益效果是，采用一般的实验室条件绘制完整的拉伸曲线，可以清晰反映单丝铝线基本的拉伸性能指标，可以在工程和科技论文写作中广泛推广。
附图说明：
图1是由夹头位移确定的应力-应变曲线；图中：1为在由夹头位移确定的应力-应变曲线上对应于拆除引伸计时的点，2为此曲线上对应于试样断裂的点。
图2是由应变规确定的应力-应变曲线；图中：3为由应变规确定的应力-应变曲线上拆除引伸计时的点。
图3是拟合后的完整应力-应变曲线。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进一步说明。
以铝合金导线的拉伸试验为例，本发明方法具体过程如下：
第一，测量铝合金圆棒试样的直径d为5.08mm，平行段长度Lc为30mm，原始标距长度L0为25mm，并对试样的原始标距用细记号笔做标记。
第二，在试样上安装接触式引伸计（型号2620-601）。
第三，在拉伸试验机（型号INSTRON8801）上进行拉伸试验，在引伸计的示值At0为5.00时拆除引伸计，然后拉伸试样直至断裂。
第四，测量断裂后试样的断后标距长度Lu为28.33mm，然后计算断后伸长率A为13.3，A的计算公式为：A=100*(Lu-L0)/L0。
第五，绘制载荷-夹头位移曲线，并将位移量除以试样的平行段长度，从而绘制由夹头位移确定的应力-应变曲线，见图1所示。
第六，绘制应变规（引伸计）拆除前应变规记录的应力-应变曲线，作为目标曲线的一部分，见曲线2所示。测量引伸计拆除时点3的应力σ0为256.39MPa，对应的非比例伸长率A0及总伸长率At0分别为4.66和5.00。
第七，在图1中找到应力为σ0的点，也就是拆除引伸计时的点1，记录该点对应的总应变为ε0为11.66，则该点坐标为（11.66，256.39）。同时，在图1中找到试样断裂时的点2，坐标记作（εu，σu），记录2的坐标为（28.95,198.37）。将点1和点2之间的所有点（包括点1和点2）均沿应变轴负向平移ε0，即11.66。然后将平移后的这段曲线上的所有点的横坐标同时乘以（A-A0）/(εu-ε0）(即，沿应变轴方向进行缩放，缩放倍数为（A-A0）/(εu-ε0）)，即为0.4997。假如平移前该段曲线上任意一点的坐标为（ε，σ），则平移和缩放后该点的坐标为（（ε-ε0）·（A-A0）/(εu-ε0），σ)。
第八，将图1中平移后的点1和点2之间的曲线段再向应变轴正向平移At0，曲线段上任意一点的坐标变为（At0+（ε-ε0）·（A-A0）/(εu-ε0），σ)。将平移后的曲线段与由应变规确定的应力-应变曲线合并，从而使得平移后的曲线段与由应变规确定的应力-应变曲线首尾相连，形成了拟合后的完整应力-应变曲线，如图3所示。
Claims (3)
1.一种准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)测量铝单丝的尺寸并对铝单丝的原始标距做标记；所述铝单丝的尺寸包括平行段长度Lc，原始标距L0和铝单丝的直径d；
(2)在铝单丝上安装接触式引伸计；
(3)在拉伸试验机上进行拉伸试验，并在试样断裂前拆除引伸计，并保证拆除引伸计时没有超过引伸计的量程；拆除引伸计后继续保持位移控制将铝单丝拉伸至断裂；
(4)测量断裂后铝单丝的断后标距长度Lu并计算断后伸长率A；
(5)绘制载荷-夹头位移曲线，并将夹头位移除以单丝铝线的平行段长度Lc，从而绘制由夹头位移确定的应力-应变曲线；
(6)绘制应变规拆除前的应变规记录的应力与应变的关系曲线，并测量引伸计拆除时的应力σ0、对应的非比例伸长率A0以及对应的总伸长率At0；
(7)在由夹头位移确定的应力-应变曲线中找到应力为σ0的点，也就是拆除引伸计时的点，该点对应的总应变为ε0，则该点坐标为(ε0，σ0)；同时，在由夹头位移确定的应力-应变曲线中找到铝单丝断裂时的点，坐标为(εu，σu)；将由夹头位移确定的应力-应变曲线中从拆除引伸计到单丝铝线断裂的所有点，即总应变在ε0 ～εu范围内的所有点均沿应变轴负向平移ε0，然后将平移后的这段曲线上所有点的横坐标同时乘以(A-A0)/(εu-ε0)；
(8)将由夹头位移确定的应力-应变曲线中平移和缩放后的曲线段再向应变轴正向平移At0，曲线段上任意一点的坐标变为(At0+(ε-ε0)·(A-A0)/(εu-ε0)，σ)；将平移后的曲线段与由应变规确定的应力-应变曲线合并，从而使得平移后的曲线段与由应变规确定的应力-应变曲线首尾相连，组成了最终的完整拉伸曲线。
2.根据权利要求1所述的准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法，其特征在于：步骤(1)中使用记号笔对铝单丝进行标记。
3.根据权利要求1所述的准确反映铝单丝拉伸性能的拉伸曲线拟合方法，其特征在于：步骤(3)中，当应变规的应变值为2.5-5％时，拆除引伸计。
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