金属材料拉伸应变速率

金属（棒材）拉伸试样图纸

常用的金属拉伸短试样。

直径5mm，标距25mm，短试样，两端带有M10螺纹。螺纹可

根据拉伸试验机夹具螺纹改动。

图纸符合国标及ASTM E8M标准（公制单位）对短试样的要求。

但不满足ASTM E8（英制单位）的要求，英制标准规定试样的直

径为4mm或6mm，无直径5mm试样。

试样直线段及圆弧过渡部分须进行磨削处理，不得有车刀痕等伤

痕。

金属板材拉伸试样

常用的金属拉伸短试样。

图纸符合国标及ASTM E8M标准（公制单位）对短试样的要求。

试样的两个窄边，即，带有表面粗糙度Ra3.2μm要求的位置，

不能仅保留线切割加工痕迹，需要采用数控机床磨削或铣削至Ra3.2

μm或以下，否则会影响断后伸长率的测试结果。

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金属材料的拉伸试验是人们最早用来测定材料力学性能的一种方法,是应用最广泛的力学性能试验方法。金属材料在外力作用下所表现出的各种特征,如弹性、塑性、韧性、强度等统称为力学性能指标。获得力学性能指标的唯一可靠的方法是进行测试。然而,由于理论知识的缺乏,在测试过程中,实验室人员对金属材料拉伸试验的应力-应变图所显示出的信息认识不够,只是简单的记录测试值,不能全面了解金属力学性能的指标,从而使检测工作失去了真正的意义。基于此,结合自己的实际工作经验,对金属材料的拉伸试验的应力-应变图进行一下探讨。1 应力-应变图(图1)实验时将作用于试样的载荷F和试样原始标距部分的伸长逐点测出后画在记录纸上,连接这些点,得到的曲线叫做拉伸曲线。如果把载荷除以试样原始面积S0,得到Rm=Fm/S0;把伸长△L除以原始标距L0,得到A=△L/L0。则载荷、变形分别转换为应力、应变,拉伸图则转换为平时做实验时由带计算机辅助测试功能的试验机画的应力-应变图。上图是低碳钢拉伸应力—应变图。2 低碳钢拉伸曲线的分析沿轴向方向进行拉伸时的应力-应变曲线。横坐标为应变,纵坐标为应力。曲线上每一点反映试样所承受的强度和在该强度下的变形规律。下面对该曲线进行分析。OA′段:弹性变形阶段。试样在拉伸的初始阶段,应力-应变曲线表现出很好的线性特征,即应力与应变的关系为直线OA′,应力与应变成正比。当外力去除后,试样又恢复原来尺寸,称为弹性变形。在这一变形阶段,载荷和伸长量的关系符合胡克定律。A′点对应的应力称为材料的比例极限,以Rp表示。A′A段:滞弹性变形阶段。此阶段仍为弹性变形,变形仍然是可逆的,只要加载不超过某一特定点A点卸载后再次加载,曲线仍与原来相同。继续增加载荷,则曲线逐渐弯曲,直到过A点。在应力大于弹性极限后,如再解除应力,则试样变性的一部分随之消失,但还遗留下一部分不能消失的变形,这种变形称为塑性变形或残余变形。开始有微量塑性变形的应力(A点)称为材料的弹性极限,以Re表示。AB段:屈服区。当应力超过B点增加到某一数值时,应变有明显的增加,而应力先是下降,然后作微小的波动,曲线呈平台锯齿状,这说明应力变化不大,但是试样的变形快速增加。这种应力基本保持不变,而应变明显增加的现象称为屈服,当材料发生这种变化时,认为材料已到达屈服阶段。这时如果卸载则试样变形将不再回到零点,即产生了塑性变形。塑性变形与弹性变形不同,它是卸载后不能改变的变形,称为永久变形。B点的上沿称为上屈服强度,排除“初始瞬时效应”后,下沿C点称为下屈服强度,一般用下屈服强度表示材料的屈服性质,以Rs表示。CD段:均匀塑变阶段或强化阶段。过屈服阶段后,材料又恢复了抵抗能力,要使它继续变形必须增加拉力,这种现象称为材料的强化。随着塑性变形的增加,金属材料产生加工硬化,材料的抵抗力在不断地增加,强化阶段中的最高点D点所对应的应力Rm是材料所能承受的最大应力,称为强度极限或抗拉强度,它是衡量材料强度的另①作者简介:谭晓峰(1978-),男,山东潍坊人,工作单位:济南市产品质量监督检验所,主要从事金属材料的检验和研究。解读金属材料拉伸试验应力-应变图①张安谊(襄阳航力公司理化室 湖北襄阳 441052)摘 要:金属材料拉伸试验是测量金属强度值的常用方法,文章通过分析金属材料拉伸试验的应力-应变曲线图,阐述了试样在不同的阶段的所体现的特征,解释了曲线图的深层次含义。关键词:金属材料 拉伸试验 应力-应变图中图分类号:TG14文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)01(c)-0064-02

包 装 工 程 第40卷 第13期 ·110· PACKAGING ENGINEERING 2019年7月

收稿日期：2019-03-06

基金项目：天津科技大学青年创新基金（2016LG27）

作者简介：雷鹏（1993—），男，天津科技大学硕士生，主攻包装动力学。

聚乙烯拉伸应变速率的本构方程改进及运用

雷鹏

（天津科技大学，天津 300222）

摘要：目的 对等密度、恒温条件下聚乙烯（PE）在不同应变率下的力学性能进行研究，改进原有本构

方程的应变率项。方法 使用万能材料试验机，测量不同拉伸速率下PE的应力-应变曲线，并研究随着

应变速率的增加，最大拉伸强度和断裂伸长率的变化趋势；基于Sherwood-Frost本构模型，对经典的热

激活机制Seeger模型添加幂函数项，实现应变率与应变的耦合；基于最小二乘法，采用Matlab软件拟

合本构模型参数，并将本构方程拟合结果与300，400，500 mm/min速率下的试验数据进行对比。结果 改

进后的本构模型拟合数据与试验结果具有更高的吻合度，最大误差为8.12%，出现在300 mm/min的速

度条件下。结论 随着拉伸速率的增加，PE材料的最大拉伸强度逐渐增加，断裂伸长率逐渐降低；改进

应变率项后，本构模型具有更高的拟合精度，能够为有限元分析提供准确的材料参数。

关键词：本构模型；应变率；拉伸；精度

中图分类号：TQ325.1+2 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2019)13-0110-06

DOI：10.19554/ki.1001-3563.2019.13.016

Improvement and Application of Constitutive Equation for Tensile Strain

Rate of Polyethylene

LEI Peng

(Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222, China)

金属材料拉伸应变速率

金属材料的拉伸应变速率是指金属材料在受力作用下发生塑性变形的速率。它通常是通过测量试样上的应变速率来确定的。

应变速率可以通过使用不同的测试技术来测量。其中最常用的是使用慢应变速率拉伸机（slow strain rate tester，SSRT）进行测试。在这种测试中，试样通常被拉伸到一定程度，然后以非常缓慢的速度增加载荷，以测量试样的塑性应变。

另一种常用的测试方法是使用快应变速率拉伸机（fast

strain rate tester，FSRT）进行测试。在这种测试中，试样通常被拉伸到一定程度，然后以非常快速的速度增加载荷，以测量试样的塑性应变。

金属材料的应变速率对其力学性能和行为有很大影响。例如，高速应变速率下的金属材料可能会表现出不同于低速应变速率下的力学性能，例如强度和塑性变形行为。因此，了解金属材料的应变速率对于理解其力学性能和行为是非常重要的。