CN109632484B - 一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法及系统。所述方法在确定试件单向拉伸失稳段真实应力的过程中，考虑了由于试件单向拉伸过程中塑性变形区变形不均及失稳段较长等原因，而导致计算得到的真实应力存在较大误差的情况，通过采用图像采集和测量手段，能够精确的测量计算出试件的有效承载面积，从而获取试件材料的真实应力。本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，适用的试件材料包括金属、非金属材料，应用范围广，并且能够适用于常温和高温的单向拉伸试验，具有重要的工程应用价值。

Description

一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法及系统

技术领域

本发明材料性能测试技术领域，特别是涉及一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法及系统。

背景技术

通过单向拉伸试验方法获取材料的真实应力应变曲线是评估材料力学性能最简单、直接的测试方法。传统的单向拉伸试验方法获取材料真实应力应变曲线是通过所获得的工程应力应变曲线经公式转化后而来，适用于均匀变形且拉伸失稳段较小的试件，而对于一些变形区不均匀、失稳段较长的试件，这种方法所得的真实应力应变曲线会出现很大误差，不能真实反映出材料的力学行为。

发明内容

本发明的目的是提供一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法及系统，以解决传统的单向拉伸试验方法测定的试件真实应力应变曲线误差大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，所述方法包括：

获取试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片；

根据所述未变形试件图片确定所述未变形试件图片中每个像素点对应的实际长度；所述每个像素点对应的实际长度包括宽度方向每个像素点对应的实际长度和长度方向每个像素点对应的实际长度；

根据所述变形后试件图片和所述每个像素点对应的实际长度确定试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸；

根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变；

根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；

根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸；

根据所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸确定所述试件的最小截面积；

根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力。

可选的，所述根据所述未变形试件图片确定所述未变形试件图片中每个像素点对应的实际长度，具体包括：

获取所述未变形试件图片中未变形试件宽度方向的第一像素差和长度方向的第一像素差；

获取所述未变形试件宽度方向的第一尺寸和长度方向的第一尺寸；

根据所述宽度方向的第一像素差和所述宽度方向的第一尺寸确定宽度方向每个像素点对应的实际长度；

根据所述长度方向的第一像素差和所述长度方向的第一尺寸确定长度方向每个像素点对应的实际长度。

可选的，所述根据所述变形后试件图片和所述每个像素点对应的实际长度确定试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸，具体包括：

获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区宽度方向的第二像素差和长度方向的第二像素差；

根据所述宽度方向每个像素点对应的实际长度和所述宽度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸；

根据所述长度方向每个像素点对应的实际长度和所述长度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸。

可选的，所述根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变，具体包括：

获取未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸和长度方向的第三尺寸；

根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变；

根据所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区长度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区长度方向的应变。

可选的，所述根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变，具体包括：

根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变，采用公式ε_x+ε_y+ε_z＝0确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；其中ε_z表示所述试件塑性变形区厚度方向的应变；ε_x表示所述试件塑性变形区宽度方向的应变；ε_y表示所述试件塑性变形区长度方向的应变。

可选的，所述根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸，具体包括：

根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变ε_z，采用公式z＝ε_z×z₀+z₀确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸z；其中z₀为未变形试件在厚度方向的尺寸。

可选的，所述根据所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸确定所述试件的最小截面积，具体包括：

获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区中变形最明显处宽度方向的第三像素差；

根据所述变形最明显处宽度方向的第三像素差和所述宽度方向每个像素点对应的实际长度确定宽度方向的最小尺寸x_min；

根据所述宽度方向的最小尺寸x_min，采用公式A＝x_min×z确定所述试件的最小截面积A。

可选的，所述根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力，具体包括：

根据所述最小截面积A，采用公式σ＝F/A确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力σ；其中F为所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸对应的载荷值。

一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定系统，所述系统包括：

图片获取模块，用于获取试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片；

像素点实际长度确定模块，用于根据所述未变形试件图片确定所述未变形试件图片中每个像素点对应的实际长度；所述每个像素点对应的实际长度包括宽度方向每个像素点对应的实际长度和长度方向每个像素点对应的实际长度；

第二尺寸确定模块，用于根据所述变形后试件图片和所述每个像素点对应的实际长度确定试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸；

应变确定模块，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变；

厚度方向应变确定模块，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；

厚度方向尺寸确定模块，用于根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸；

最小截面积确定模块，用于根据所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸确定所述试件的最小截面积；

真实应力确定模块，用于根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力。

可选的，所述像素点实际长度确定模块具体包括：

第一像素差获取单元，用于获取所述未变形试件图片中未变形试件宽度方向的第一像素差和长度方向的第一像素差；

第一尺寸获取单元，用于获取所述未变形试件宽度方向的第一尺寸和长度方向的第一尺寸；

宽度方向实际长度确定单元，用于根据所述宽度方向的第一像素差和所述宽度方向的第一尺寸确定宽度方向每个像素点对应的实际长度；

长度方向实际长度确定单元，用于根据所述长度方向的第一像素差和所述长度方向的第一尺寸确定长度方向每个像素点对应的实际长度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法及系统，所述方法在确定试件单向拉伸失稳段真实应力的过程中，考虑了由于试件单向拉伸过程中塑性变形区变形不均及失稳段较长等原因而导致计算得到的真实应力存在较大误差的情况，通过采用图像采集和测量手段，能够精确的测量计算出试件的有效承载面积，从而获取试件材料的真实应力。本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，适用的试件材料包括金属、非金属材料，应用范围广，并且能够适用于常温和高温的单向拉伸试验，具有重要的工程应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法的流程图；

图2为本发明提供的未变形试件的示意图；

图3为本发明提供的变形后试件的示意图；

图4为本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定系统的结构图；

图5为采用传统方法测算得到的真实应力和采用本发明方法测算得到的真实应力的对比图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性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。

本发明的目的是提供一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法及系统，以解决传统的单向拉伸试验方法测定的试件真实应力应变曲线误差大的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法的流程图。参见图1，本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法具体包括：

步骤101：获取试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片。

在所述步骤101获取试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片之前，需要先对本发明方法基于的试件单向拉伸实验装置进行设置，设置过程包括如下步骤：

步骤1：将表面印制有网格的试件装夹在拉伸试验机上；具体包括：

(1)准备试件：将待测定真实应力的试件清洗干净并擦干，选取网格模板的规格，将试件放置到金属板上，将网格模板放置到试件上，所述试件的一侧与所述网格模板上的网格边线对齐。所述网格模板为一个印制有网格的模板。将所述金属板连接电源正极，滚刷连接电源负极，透过所述网格模板在所述试件的正上方加入适量的电解液，所述电解液会通过所述网格模板渗入到所述试件表面。用手推动滚刷均匀缓慢地在所述网格模板上来回滚动。由于印制网格的电解液呈弱酸性，因此所述试件表面会瞬间腐蚀，从而在所述试件表面生成网格。网格印制结束后马上用清水冲洗试件。擦干试件后对试件上的网格进行标注，印制并标注网格后的试件如图2所示。

(2)装夹：将表面印制有网格的所述试件装夹在拉伸试验机上。

所述拉伸试验机优选为inspekt-100kN型号的拉伸试验机。

(3)调整与校准：调整拉伸试验机使其正确夹持试件。

步骤2：组装固定支架高清摄像机，使高清摄像机与拉伸试验同一时刻开启，对试件单向拉伸变形过程进行等间隔时间自动拍照；具体包括：

(1)高清摄像机的设定：对高清摄像机进行设定，使其可以进行等间隔时间自动拍照。

(2)高清摄像机安装与调整：将高清摄像机放置在距试件较近的地点，但切勿与拉伸试验机接触，调整所述高清摄像机，使其可以准确拍摄试件的单向拉伸过程。

(3)拍摄：运行拉伸试验机，开始试验，获取试件单向拉伸过程中实时的时间、力和行程，同时操作高清摄像机对拉伸过程进行拍摄，获取等时间间隔拉伸过程的图片。

所述等时间间隔拉伸过程的图片中即包括试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片。

步骤102：根据所述未变形试件图片确定所述未变形试件图片中每个像素点对应的实际长度。所述每个像素点对应的实际长度包括宽度方向每个像素点对应的实际长度和长度方向每个像素点对应的实际长度。

将高清摄像机采集得到的试件单向拉伸变形前后的图片导入到图像测量软件中，对拉伸过程进行分析。所述图像测量软件优选为Digimizer图像测量软件。

将步骤101获取的高清摄像机采集的未变形试件的未变形试件图片导入进Digimizer软件中，测量得到所述未变形试件图片中未变形试件整个宽度方向的第一像素差

以及长度方向的第一像素差

获取所述未变形试件自定义范围内宽度方向的第一尺寸

和长度方向的第一尺寸

图2为本发明提供的未变形试件的示意图。如图2所示，试件分为三个区域：夹持段、过渡段和平行段。为减小测量数据的误差，尽量使测量的区间大一些，一般选取过渡段加平行段作为自定义范围，也可根据实际需要设定自定义范围，但所述自定义范围必须包含平行段(即塑性变形区)，过渡段可以选取一部分，也可以选取全部。则每个像素点对应的实际长度为：

其中

表示宽度方向每个像素点对应的实际长度；

表示长度方向每个像素点对应的实际长度。

和

分别为所述未变形试件自定义范围内试件宽度方向和长度方向的第一尺寸。

步骤103：根据所述变形后试件图片和所述每个像素点对应的实际长度确定试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸。

图3为本发明提供的变形后试件的示意图。在Digimizer软件中导入第n张变形后试件图片,测量所述变形后试件图片中试件塑性变形区(即试件的平行段)宽度方向的第二像素差Δm^x和长度方向的第二像素差Δm^y。

其中，所述试件塑性变形区宽度方向的第二像素差Δm^x的测量方法为，分别测量塑性变形区域内多组偶数格宽度方向的像素差，取多组偶数格宽度方向的像素差的平均值作为塑性变形区宽度方向的第二像素差Δm^x。同理，也可以测量塑性变形区域内多组奇数格宽度方向的像素差，取平均值作为塑性变形区宽度方向的第二像素差Δm^x。

在试件的塑性变形区，沿长度方向选取均匀分布的三个位置(例如图2中的A1A2、B1B2、C1C2三个位置)，分别测量三个位置在塑性变形区内沿长度方向的像素差，取这三个位置像素差的平均值为塑性变形区长度方向的第二像素差Δm^y。

则试件塑性变形区宽度和长度方向的第二尺寸x和y可由下式求得：

其中x为所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸；y为所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸，

为宽度方向每个像素点对应的实际长度，

为长度方向每个像素点对应的实际长度，Δm^x为宽度方向的第二像素差，Δm^y为长度方向的第二像素差。

步骤104：根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变。

获取未变形试件的塑性变形区在宽度方向的第三尺寸x₀和长度方向的第三尺寸y₀。本发明采用的

和

分别为自定义范围内(塑性变形区加部分或者全部过渡段)测量的试件宽度和长度方向的尺寸，为了减少误差，要尽可能测量的范围要大一些。x₀和y₀是在计算应变时用到的数据，和

和

比起来，测量范围小一些，分别为试件塑性变形区域内宽度和长度方向之间的尺寸。所以

和x₀相等，

大于y₀。

将未变形试件的尺寸x₀、y₀和变形后某一时刻试件塑性变形区的尺寸x、y代入应变的计算公式可得长和宽两个方向的应变：

其中ε_x为所述试件塑性变形区宽度方向的应变；ε_y为所述试件塑性变形区长度方向的应变。

步骤105：根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变。

依据塑性变形体积不变条件：ε_x+ε_y+ε_z＝0，根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变ε_x和长度方向的应变ε_y，可以得出所述试件塑性变形区厚度方向的应变ε_z。

步骤106：根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸。

厚度方向的应变

由此可以得到变形后厚度方的上的尺寸z＝ε_z×z₀+z₀，其中z为所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸；z₀为未变形试件在厚度方向的尺寸。

步骤107：根据所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸确定所述试件的最小截面积。

获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区中变形最明显处宽度方向的第三像素差

利用在步骤103得到的第n张变形后试件图片上试件的宽度x，通过目测就能很明显的看到变形最明显的部位，然后在它的附近量取宽度方向的像素差，对比找到最小的像素差，即为所述试件塑性变形区中变形最明显处宽度方向的第三像素差

将所述变形最明显处宽度方向的第三像素差

和所述宽度方向每个像素点对应的实际长度

相乘，可以得到宽度方向的最小尺寸x_min，

利用在步骤106得到的第n张变形后试件图片上试件的厚度z，以及所述宽度方向的最小尺寸x_min，采用公式A＝x_min×z确定所述第n张变形后试件图片拍摄时刻所述试件的最小截面积A。

步骤108：根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力。

在做单向拉伸试验的过程中，可以实时收集到的数据包括：时间、力和行程，将收集到的时间，与高清摄像机拍照的时间一一对应，就可以得到不同时刻的载荷。对所述高清摄像机拍摄得到的图片的时间与拉伸试验机采集的时间数据进行匹配，找出第n张所述变形后试件图片拍摄时刻所对应的载荷值F。

根据所述最小截面积A，采用公式σ＝F/A确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力σ；其中F为所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸y对应的载荷值。

本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，首先在试件表面印制网格，将其装夹到拉伸试验机上；组装固定支架高清摄像机等间隔时间自动拍照；将变形前后拉伸试件的照片导入到图像测量软件中，采集试件的变形区域的尺寸；再利用公式依次计算试件宽度和长度方向的应变、厚度方向的尺寸、以及最小截面积；最后将变形后试件图片与拉伸试验机采集的载荷位移数据进行匹配，从而计算真实应力。本发明考虑了因试件单向拉伸过程中变形区变形不均及失稳段较长等因素导致计算得到的真实应力存在较大误差的问题，通过采用图像采集和测量手段，能够精确的测量计算出试件的有效承载面积(最小截面积)，从而获取试件材料的真实应力。本发明方法的适用的材料包括金属和非金属，应用范围广，并且适用常温和高温的单向拉伸试验，具有重要的工程应用价值。

基于本发明提供的方法，本发明还提供一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定系统，图4为本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定系统的结构图，参见图4，所述系统包括：

图片获取模块401，用于获取试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片；

像素点实际长度确定模块402，用于根据所述未变形试件图片确定所述未变形试件图片中每个像素点对应的实际长度；所述每个像素点对应的实际长度包括宽度方向每个像素点对应的实际长度和长度方向每个像素点对应的实际长度；

第二尺寸确定模块403，用于根据所述变形后试件图片和所述每个像素点对应的实际长度确定试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸；

应变确定模块404，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变；

厚度方向应变确定模块405，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；

厚度方向尺寸确定模块406，用于根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸；

最小截面积确定模块407，用于根据所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸确定所述试件的最小截面积；

真实应力确定模块408，用于根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力。

其中，所述像素点实际长度确定模块402具体包括：

第一像素差获取单元，用于获取所述未变形试件图片中未变形试件宽度方向的第一像素差和长度方向的第一像素差；

第一尺寸获取单元，用于获取所述未变形试件宽度方向的第一尺寸和长度方向的第一尺寸；

宽度方向实际长度确定单元，用于根据所述宽度方向的第一像素差和所述宽度方向的第一尺寸确定宽度方向每个像素点对应的实际长度；

长度方向实际长度确定单元，用于根据所述长度方向的第一像素差和所述长度方向的第一尺寸确定长度方向每个像素点对应的实际长度。

所述第二尺寸确定模块403具体包括：

第二像素差获取单元，用于获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区宽度方向的第二像素差和长度方向的第二像素差；

宽度方向第二尺寸确定单元，用于根据所述宽度方向每个像素点对应的实际长度和所述宽度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸；

长度方向第二尺寸确定单元，用于根据所述长度方向每个像素点对应的实际长度和所述长度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸。

所述应变确定模块404具体包括：

第三尺寸获取单元，用于获取未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸和长度方向的第三尺寸；

宽度方向应变确定单元，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变；

长度方向应变确定单元，用于根据所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区长度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区长度方向的应变。

所述厚度方向应变确定模块405具体包括：

厚度方向应变确定单元，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变，采用公式ε_x+ε_y+ε_z＝0确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；其中ε_z表示所述试件塑性变形区厚度方向的应变；ε_x表示所述试件塑性变形区宽度方向的应变；ε_y表示所述试件塑性变形区长度方向的应变。

所述厚度方向尺寸确定模块406具体包括：

厚度方向尺寸确定单元，用于根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变ε_z，采用公式z＝ε_z×z₀+z₀确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸z；其中z₀为未变形试件在厚度方向的尺寸。

所述最小截面积确定模块407具体包括：

第三像素差获取单元，用于获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区中变形最明显处宽度方向的第三像素差；

最小尺寸确定单元，用于根据所述变形最明显处宽度方向的第三像素差和所述宽度方向每个像素点对应的实际长度确定宽度方向的最小尺寸x_min；

最小截面积确定单元，用于根据所述宽度方向的最小尺寸x_min，采用公式A＝x_min×z确定所述试件的最小截面积A。

所述真实应力确定模块408具体包括：

真实应力确定单元，用于根据所述最小截面积A，采用公式σ＝F/A确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力σ；其中F为所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸对应的载荷值。

下面通过一个具体实施例说明本发明方法的技术效果：

步骤1装夹：将表面印制有网格的试件装夹在拉伸试验机上；具体包括：

(1)准备试件。将试件清洗干净并擦干，选取网格模板的规格为2.5mm×2.5mm，将试件放置到金属板上，网格模板放置到试件上，试件一侧与网格模板上的网格边线对齐，将金属板连接电源正极，滚刷连接电源负极，透过网格模板在试件的正上方加入适量的电解液，电解液会通过网格模板渗入到试件表面，用手推动滚刷均匀缓慢地在网格模板上来回滚动。印制网格的电解液呈弱酸性，试件表面瞬间腐蚀，在试件表面生成网格，印制结束后马上用清水冲洗试件。对试件上的网格进行标注。以试件长度的一半为对称轴，左右各标注15个格，记为第1-30格，在塑性变形区的宽度方向等间距标注A1、A2、B1、B2、C1、C2六个点，如图2所示。

(2)装夹。将试件装夹在inspekt-100型号的拉伸试验机上。

(3)调整与校准。调整拉伸机使其正确夹持试件。

步骤2固定相机：组装固定支架高清摄像机，高清摄像机与拉伸试验同一时刻开启，对试件单向拉伸变形过程进行等间隔时间自动拍照；具体包括：

(1)对高清摄像机进行设定，使其可以进行等间隔时间自动拍照，设置拍照的时间间隔为23s。

(2)摄像机安装与调整。将高清摄像机放置在距试件较近的地点，但不与拉伸试验机接触，调整摄像机，按下拍摄按钮使其可以准确拍摄试件拉伸过程。

(3)拍摄。按下拉伸试验机运行键，开始试验，获取拉伸过程中实时的时间、力和行程，高清摄像机对拉伸过程进行拍摄，获取等时间间隔拉伸过程的图片。

步骤3采集尺寸：将采集得到的变形前后试件拉伸过程照片导入到图像测量软件中，测量某一时刻或者说某一张照片上试件的塑性变形区域的尺寸；具体包括：

(1)导入。将高清摄像机采集得到的变形前后试件拉伸过程照片导入到图像测量软件Digimizer中，对拉伸过程进行分析。

(2)确定每个像素点所对应的实际长度。将未变形试件图片导入进Digimizer软件，测量未变形试件平行段宽度方向的第一像素差为

对应的试件实际宽度(宽度方向的第一尺寸)为

长度方向第2格到第30格之间的第一像素差

对应的试件实际长度(长度方向的第一尺寸)

则每个像素点对应的实际长度为：

(3)测量变形后所拍的第20张变形后试件图片上的试件的尺寸。在Digimizer软件中导入第20张变形后试件图片并测量该时刻塑性变形区域内的长度与宽度方向的第二像素差，测量范围为第8格到第22格。分别测量第8格到第22格之间的所有偶数格(包括第8、10、12、14、16、18、20、22格)的宽度方向的像素差，取这8组像素差的平均值为塑性变形区域宽度方向的第二像素差Δm^x＝2025.28875pixel。在第8格到第22格之间，沿着宽度方向选取了均匀分布的三个位置A1A2、B1B2、C1C2，沿着长度方向分别测量A1A2、B1B2、C1C2之间的像素差，取三个位置像素差的平均值为塑性变形区域长度方向的像素差Δm^y＝8235.0033pixel，则塑性变形区域宽度和长度方向的第二尺寸x和y可由下式求得：

步骤4获取应变：将未变形试件的第三尺寸和变形后试件的第二尺寸代入应变的计算公式可得长和宽两个方向的应变；具体包括：

(1)获取应变。依据未变形试件原始尺寸(第三尺寸)和变形后试件的尺寸(第二尺寸)，代入以下公式得到真实的宽度方向上的应变ε_x和长度方向上的应变ε_y。

步骤5获取厚度方向尺寸：依据塑性变形体积不变条件，得出厚度方向应变ε_z，进而求出变形后厚度方向尺寸z；具体包括：

(1)获取厚度方向上的应变ε_z。由于拉伸过程为塑性变形，可以根据ε_x+ε_y+ε_z＝0，获得厚度方向的应变ε_z＝-(ε_x+ε_y)＝-(-0.1323+0.3852)＝-0.2529。

(2)获取变形后厚度方向上的尺寸z。根据厚度方向的应变

最终得到变形后厚度方的上的尺寸z＝ε_z×z₀+z₀＝-0.2529×1.4+1.4＝1.0459mm。

步骤6获取最小截面积：利用不同变形时刻得到的宽度和厚度方向尺寸x和z，即可求得当前时刻试件的最小截面积A＝x_min×z；具体包括：

(1)利用在步骤3得到的第20张图片上试件宽度方向的第二尺寸x，通过目测，找到变形最明显的部位，然后在它的附近量取宽度方向的像素差，对比找到最小的像素差。拉伸变形区中的变形最明显处的宽度方向的第三像素差

得宽度方向最小尺寸为

(2)利用在步骤5得到的第20张图片上试件的厚度z，最终获得该时刻试件的最小截面积A＝x_min×z＝12.387×1.0459＝12.956mm²；

步骤7获取真实应力：本次试件单向拉伸试验所用材料为AZ31板材，板材厚度1.4mm，宽度为15mm，整体长度140mm，计算得出真实应力σ＝F/A；具体包括：

(1)提取不同时刻载荷值F。由于设置的拍照时间间隔为23s，所以拍摄第20张图片的时间为第460s，然后对应试验实时收集的数据可以找到同一时刻对应的载荷值F为1019.5N；

(2)获得真实应力。根据公式计算得出真实应力：σ＝F/A＝1019.5/12.956＝78.689Mpa。

图5为采用传统方法测算得到的真实应力和采用本发明方法测算得到的真实应力的对比图。图5横坐标为真实应变，纵坐标为真实应力，单位为Mpa。图5中曲线501为采用本发明方法测算得到的试件真实应力曲线，曲线502为采用传统方法测算得到的试件真实应力曲线。传统的单向拉伸试验方法获取真实应力应变曲线是通过所获得的工程应力应变曲线经公式转化后而来，适用于均匀变形且拉伸失稳段较小的试件，而对于一些变形区不均匀、失稳段较长的试件，由图5可看出，传统方法所得的真实应力应变曲线会出现很大误差，不能真实反映出材料的力学行为。而本发明提供的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，考虑了因试件单向拉伸过程中变形区不均及失稳段较长等原因，而导致计算得到的真实应力存在较大误差的情况，通过采用图像采集和测量手段能够精确的测量计算出试件的有效承载面积，并通过试验获取真实载荷，从而获取试件材料的真实应力，所以本发明测算得到的应力曲线501比传统计算得到的应力曲线502更接近真实值。

可见与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，考虑了因试件单向拉伸过程中变形区不均及失稳段较长等原因，而导致计算得到的真实应力存在较大误差的情况，通过采用图像采集和测量手段能够精确的测量计算出试件的有效承载面积，从而获取试件材料的真实应力，测算准确度高。

(2)本发明提供的一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，适用的材料包括金属、非金属，应用范围广。

(3)本发明提供的一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，适用常温和高温的试件单向拉伸试验，具有重要的工程应用价值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，其特征在于，所述方法包括：

获取试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片；

根据所述未变形试件图片确定所述未变形试件图片中每个像素点对应的实际长度；所述每个像素点对应的实际长度包括宽度方向每个像素点对应的实际长度和长度方向每个像素点对应的实际长度；具体包括：获取所述未变形试件图片中未变形试件宽度方向的第一像素差和长度方向的第一像素差；获取所述未变形试件宽度方向的第一尺寸和长度方向的第一尺寸；根据所述宽度方向的第一像素差和所述宽度方向的第一尺寸确定宽度方向每个像素点对应的实际长度；根据所述长度方向的第一像素差和所述长度方向的第一尺寸确定长度方向每个像素点对应的实际长度；

根据所述变形后试件图片和所述每个像素点对应的实际长度确定试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸；具体包括：获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区宽度方向的第二像素差和长度方向的第二像素差；根据所述宽度方向每个像素点对应的实际长度和所述宽度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸；根据所述长度方向每个像素点对应的实际长度和所述长度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸；

根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变；具体包括：获取未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸和长度方向的第三尺寸；根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变；根据所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区长度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区长度方向的应变；

根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；

根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸；

根据所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸确定所述试件的最小截面积；具体包括：获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区中变形最明显处宽度方向的第三像素差；根据所述变形最明显处宽度方向的第三像素差和所述宽度方向每个像素点对应的实际长度确定宽度方向的最小尺寸x_min；根据所述宽度方向的最小尺寸x_min，所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸z，采用公式A＝X_min×z确定所述试件的最小截面积A；

根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力。

2.根据权利要求1所述的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，其特征在于，所述根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变，具体包括：

根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变，采用公式ε_x+ε_y+ε_z＝0确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；其中ε_z表示所述试件型性变形区厚度方向的应变；ε_x表示所述试件塑性变形区宽度方向的应变；ε_y表示所述试件塑性变形区长度方向的应变。

3.根据权利要求2所述的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，其特征在于，所述根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸，具体包括：

根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变ε_z，采用公式z＝ε_z×z₀+z₀确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸z；其中z₀为未变形试件在厚度方向的尺寸。

4.根据权利要求1所述的试件单向拉伸失稳段真实应力确定方法，其特征在于，所述根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力，具体包括：

根据所述最小截面积A，采用公式σ＝F/A确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力σ；其中F为所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸对应的载荷值。

5.一种试件单向拉伸失稳段真实应力确定系统，其特征在于，所述系统包括：

图片获取模块，用于获取试件单向拉伸前的未变形试件图片和试件单向拉伸过程中的变形后试件图片；

像素点实际长度确定模块，用于根据所述未变形试件图片确定所述未变形试件图片中每个像素点对应的实际长度；所述每个像素点对应的实际长度包括宽度方向每个像素点对应的实际长度和长度方向每个像素点对应的实际长度；具体包括：获取所述未变形试件图片中未变形试件宽度方向的第一像素差和长度方向的第一像素差；获取所述未变形试件宽度方向的第一尺寸和长度方向的第一尺寸；根据所述宽度方向的第一像素差和所述宽度方向的第一尺寸确定宽度方向每个像素点对应的实际长度；根据所述长度方向的第一像素差和所述长度方向的第一尺寸确定长度方向每个像素点对应的实际长度；

第二尺寸确定模块，用于根据所述变形后试件图片和所述每个像素点对应的实际长度确定试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸；具体包括：获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区宽度方向的第二像素差和长度方向的第二像素差；根据所述宽度方向每个像素点对应的实际长度和所述宽度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸；根据所述长度方向每个像素点对应的实际长度和所述长度方向的第二像素差确定所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸；

应变确定模块，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和长度方向的第二尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变；具体包括：获取未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸和长度方向的第三尺寸；根据所述试件塑性变形区宽度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区宽度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区宽度方向的应变；根据所述试件塑性变形区长度方向的第二尺寸和所述未变形试件塑性变形区长度方向的第三尺寸确定所述试件塑性变形区长度方向的应变；

厚度方向应变确定模块，用于根据所述试件塑性变形区宽度方向的应变和长度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的应变；

厚度方向尺寸确定模块，用于根据所述试件塑性变形区厚度方向的应变确定所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸；

最小截面积确定模块，用于根据所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸确定所述试件的最小截面积；具体包括：获取所述变形后试件图片中试件塑性变形区中变形最明显处宽度方向的第三像素差；根据所述变形最明显处宽度方向的第三像素差和所述宽度方向每个像素点对应的实际长度确定宽度方向的最小尺寸x_min；根据所述宽度方向的最小尺寸x_min，所述试件塑性变形区厚度方向的尺寸z，采用公式A＝X_min×z确定所述试件的最小截面积A；

真实应力确定模块，用于根据所述最小截面积确定所述试件单向拉伸失稳段的真实应力。

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