CN105651608A - 一种适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：将试验件安装在高速液压伺服材料试验机上，其中，试验件下部非试验段两侧对等位置贴应变片；步骤2：将非测试试验件的与试验件安装应变片的相同位置处安装补偿应变片，并与试验件组成惠斯顿全桥电路；步骤3：使试验件进行动态拉伸试验；步骤4：获取应变片参数、惠斯顿全桥电路参数以及试验件参数；步骤5：获得所述试验件下部非试验段的应变；步骤6：通过公式计算试验件在动态拉伸试验过程中的拉伸载荷。本申请具有消除静夹持夹具的惯性效应以及不会将测试系统的共振频率耦合到测试数据中的优点。

Description

一种适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法

技术领域

本发明涉及材料动态力学性能测试技术领域，特别是涉及一种适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法。

背景技术

材料的力学性能是工程材料的重要使用性能，许多材料特性对应变率非常敏感，当结构受到鸟撞、坠撞等冲击载荷作用时，材料表现出的力学性能明显不同于静态和准静态加载情况，因此，在进行结构的抗冲击分析和设计时，需要材料的动态力学性能数据作为基本的输入条件。

在不同的应变率范围内，决定材料力学性能的主要因素往往是不一样的，这就需要对不同应变率范围采用不同的方式来获得材料的力学性能，基于高速液压伺服材料试验机，可进行金属材料的动态拉伸试验，获得材料在中等应变率范围内的力学特性，受加载系统惯性效应和测试系统动态特性的影响，当试验机作动缸拉伸速度超过1m/s时，自带的载荷传感器测试载荷数据出现较大的振荡，掩盖了材料的真实动态力学行为。因此，在高速拉伸情形下，载荷传感器测试的动态拉伸载荷数据是不精确的，需要探寻新的动态拉伸载荷测试方法，以满足金属材料动态拉伸试验中拉伸载荷的测试。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，所述试验件包括试验件下部非试验段、试验件试验段以及试验件上部非试验段，所述适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法包括如下步骤：步骤1：将试验件安装在高速液压伺服材料试验机上，其中，试验件下部非试验段两侧对等位置贴应变片；步骤2：将非测试试验件的与试验件安装应变片的相同位置处安装补偿应变片，并与所述步骤1中的试验件组成惠斯顿全桥电路；步骤3：使试验件进行动态拉伸试验；步骤4：获取应变片参数数据、惠斯顿全桥电路参数数据以及试验件参数数据；步骤5：根据所述步骤4中的应变片参数数据以及惠斯顿全桥电路参数数据以及公式，获得所述试验件下部非试验段的应变；步骤6：根据所述步骤4中的试验件参数以及所述步骤5中的试验件下部非试验段的应变，通过公式计算试验件在动态拉伸试验过程中的拉伸载荷。

优选地，所述试验件与所述非测试试验件为相同的试验件。

优选地，所述应变片参数数据包括应变片灵敏系数；所述惠斯顿全桥电路参数数据包括放大器输出电压以及放大器激励电压；所述试验件参数包括弹性模量以及非试验段截面积。

优选地，步骤5中的公式具体为：

${\mathrm{\ϵ}}_b\left(t\right)=\frac{2U}{NKV};$ 其中，

U—放大器输出电压；V—放大器激励电压；K—应变片灵敏系数；ε_b(t)为试验件下部非试验段的应变。

优选地，所述步骤6中的公式为：

F＝E_bε_b(t)A_b；其中，

Eb—弹性模量；Ab—非试验段截面积；ε_b(t)为试验件下部非试验段的应变。

本发明还提供了一种判断金属材料动态拉伸试验测试拉伸载荷是否合格的方法，用于判断如上所述的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，所述判断金属材料动态拉伸试验测试拉伸载荷是否合格的方法包括：确认搭建的惠斯顿全桥电路在动态拉伸试验前桥路是否处于平衡状态；确认所述步骤5中的试验件下部非试验段的应变是否超过0.6％，即试验件下部非试验段始终处于弹性变形范围；确认所述步骤6中的拉伸载荷数据是否在塑性段的波动不超过±5％，且在载荷传感器测试数据的振荡包线以内；当确认所述搭建的惠斯顿全桥电路在动态拉伸试验前桥路处于平衡状态、确认试验件下部非试验段始终处于弹性变形范围且的拉伸载荷数据在载荷传感器测试数据的振荡包线以内时，判断为合格；其中任意一个未满足要求，则认为不合格。

本发明所提供的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法的原理为：基于金属试件在拉伸的弹性变形范围内，其应力-应变服从线性关系的规律，通过合理设计金属拉伸试验件的几何尺寸，使得在动态拉伸过程中，试件的下部非试验段始终处于弹性变形阶段，通过测试下部非试验段的弹性变形，结合胡克定律和试件的截面几何尺寸，获得试件拉伸破坏过程中的动态拉伸载荷。

本发明所提供适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法有以下两个方面的优点：首先，载荷传感器处于加载系统的最底端，无法避免动态加载过程中静夹持夹具的惯性效应，而应变片贴在试件下部非试验段上，消除了静夹持夹具的惯性效应；其次，载荷传感器组成的测试系统的共振频率和加载频率接近，导致载荷传感器测试的数据耦合了测试系统的动态特性，而应变片的共振频率远离加载频率，不会将测试系统的共振频率耦合到测试数据中。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法的流程示意图。

图2是图1所示的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法中的试验件的结构示意图。

图3是图2所示的试验件安装在高速液压伺服材料试验机上的结构示意图。

附图标记：

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是根据本发明第一实施例的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法的流程示意图。图2是图1所示的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法中的试验件的结构示意图。图3是图2所示的试验件安装在高速液压伺服材料试验机上的结构示意图。

如图1所示的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法中，试验件1包括试验件下部非试验段11、试验件试验段12以及试验件上部非试验段13，适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法包括如下步骤：

步骤1：将试验件1安装在高速液压伺服材料试验机上，其中，试验件下部非试验段12两侧对等位置贴应变片2；

步骤2：将非测试试验件的与试验件安装应变片的相同位置处安装补偿应变片，并与步骤1中的试验件组成惠斯顿全桥电路；

步骤3：使试验件1进行动态拉伸试验；

步骤4：获取应变片参数数据、惠斯顿全桥电路参数数据以及试验件参数数据；

步骤5：根据步骤4中的应变片参数数据以及惠斯顿全桥电路参数数据以及公式，获得所述试验件下部非试验段的应变；

步骤6：根据步骤4中的试验件参数以及步骤5中的试验件下部非试验段的应变，通过公式计算试验件在动态拉伸试验过程中的拉伸载荷。

在本实施例中，试验件与非测试试验件为相同的试验件。

在本实施例中，应变片参数数据包括应变片灵敏系数；惠斯顿全桥电路参数数据包括放大器输出电压以及放大器激励电压；试验件参数包括弹性模量以及非试验段截面积。

在本实施例中，步骤5中的公式具体为：

${\mathrm{\ϵ}}_b\left(t\right)=\frac{2U}{NKV};$ 其中，

U—放大器输出电压；V—放大器激励电压；K—应变片灵敏系数；ε_b(t)为试验件下部非试验段的应变。

在本实施例中，步骤6中的公式为：

F＝E_bε_b(t)A_b；其中，

Eb—弹性模量；Ab—非试验段截面积；ε_b(t)为试验件下部非试验段的应变。

本发明所提供适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法有以下两个方面的优点：首先，载荷传感器处于加载系统的最底端，无法避免动态加载过程中静夹持夹具的惯性效应，而应变片贴在试件下部非试验段上，消除了静夹持夹具的惯性效应；其次，载荷传感器组成的测试系统的共振频率和加载频率接近，导致载荷传感器测试的数据耦合了测试系统的动态特性，而应变片的共振频率远离加载频率，不会将测试系统的共振频率耦合到测试数据中。

本发明还提供了一种判断金属材料动态拉伸试验测试拉伸载荷是否合格的方法，用于判断如上所述的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，所述判断金属材料动态拉伸试验测试拉伸载荷是否合格的方法包括：

确认搭建的惠斯顿全桥电路在动态拉伸试验前桥路是否处于平衡状态；

确认所述步骤5中的试验件下部非试验段的应变是否超过0.6％，即试验件下部非试验段始终处于弹性变形范围；

确认所述步骤6中的拉伸载荷数据是否在塑性段的波动不超过±5％，且在载荷传感器测试数据的振荡包线以内；

当确认所述搭建的惠斯顿全桥电路在动态拉伸试验前桥路处于平衡状态、确认试验件下部非试验段始终处于弹性变形范围且的拉伸载荷数据在载荷传感器测试数据的振荡包线以内时，判断为合格；其中任意一个未满足要求，则认为不合格。

本申请用于上述适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法的装置如图3所示，该适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法的装置包括液压伺服材料试验机，试验件设置在该试验机上，具体地，参见图2，图2为本申请的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法中所用到的试验件，其具有试验件下部非试验段11、试验件试验段12以及试验件上部非试验段13，其中，试验件下部非试验段11上的两侧设置有应变片2。

参见图3，试验件下部非试验段11通过静夹持夹具设置在试验机的一端(图3下方)，试验件上部非试验段13通过动夹持装置5设置在试验机的另一端(图3上方)。

载荷传感器设置在试验机上，并与试验件1连接，用于测试载荷。

作动筒设置在液压伺服材料试验机上，并与动夹持装置5连接，从而带动试验件运动。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，所述试验件(1)包括试验件下部非试验段(11)、试验件试验段(12)以及试验件上部非试验段(13)，其特征在于，所述适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法包括如下步骤：

步骤1：将试验件(1)安装在高速液压伺服材料试验机上，其中，试验件下部非试验段(12)两侧对等位置贴应变片(2)；

步骤2：将非测试试验件的与试验件安装应变片的相同位置处安装补偿应变片，并与所述步骤1中的试验件组成惠斯顿全桥电路；

步骤3：使试验件(1)进行动态拉伸试验；

步骤4：获取应变片参数数据、惠斯顿全桥电路参数数据以及试验件参数数据；

步骤5：根据所述步骤4中的应变片参数数据以及惠斯顿全桥电路参数数据以及公式，获得所述试验件下部非试验段的应变；

步骤6：根据所述步骤4中的试验件参数以及所述步骤5中的试验件下部非试验段的应变，通过公式计算试验件在动态拉伸试验过程中的拉伸载荷。

2.如权利要求1所述的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，其特征在于，所述试验件与所述非测试试验件为相同的试验件。

3.如权利要求2所述的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，其特征在于，所述应变片参数数据包括应变片灵敏系数；所述惠斯顿全桥电路参数数据包括放大器输出电压以及放大器激励电压；所述试验件参数包括弹性模量以及非试验段截面积。

4.如权利要求3所述的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，其特征在于，步骤5中的公式具体为：

${\mathrm{\ϵ}}_b\left(t\right)=\frac{2U}{NKV};$ 其中，

U—放大器输出电压；V—放大器激励电压；K—应变片灵敏系数；ε_b(t)为试验件下部非试验段的应变。

5.如权利要求4所述的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，其特征在于，所述步骤6中的公式为：

F＝E_bε_b(t)A_b；其中，

Eb—弹性模量；Ab—非试验段截面积；ε_b(t)为试验件下部非试验段的应变。

6.一种判断金属材料动态拉伸试验测试拉伸载荷是否合格的方法，用于判断如权利要求1至5中任意一项所述的适用于金属材料的应变率动态拉伸载荷间接测试方法，其特征在于，所述判断金属材料动态拉伸试验测试拉伸载荷是否合格的方法包括：

确认搭建的惠斯顿全桥电路在动态拉伸试验前桥路是否处于平衡状态；

确认所述步骤5中的试验件下部非试验段的应变是否超过0.6％，即试验件下部非试验段始终处于弹性变形范围；

确认所述步骤6中的拉伸载荷数据是否在塑性段的波动不超过±5％，且在载荷传感器测试数据的振荡包线以内；

当确认所述搭建的惠斯顿全桥电路在动态拉伸试验前桥路处于平衡状态、确认试验件下部非试验段始终处于弹性变形范围且的拉伸载荷数据在载荷传感器测试数据的振荡包线以内时，判断为合格；其中任意一个未满足要求，则认为不合格。