技术研究 | 为了提高高速拉伸测试结果准确性，我们都长”斑“了

背景描述

在高速拉伸测试过程中，基于一个假设条件：试样的延伸都发生在平行段内，可由该公式求得试验速度v=应变率*平行段长度。但实际测试过程中，试样的延伸往往不止发生在平行段内，还会在试样颈部或肩部区域，这就导致了实际应变率与设定应变率总有差异。

本研究通过对比不同样条的测试结果，优选出应变率最精确的试样类型，从而提升测试精度，最终得到准确的应力-应变曲线。实验利用DIC技术测量试样的应变，散斑图作为DIC技术的不可缺少的部分有着重要的意义。散斑图是指具有一定灰度分布的数字图像，试验中如何制作稳定有效的散斑图能提高样条的应变测试结果。

案例解决过程

（1）试验材料与仪器与样条类型

实验仪器图：带高速相机的高速拉伸试验机

（2）DIC应变测量方法原理

测试前在试样表面制作散斑，使用高速摄像机拍摄拉伸的全过程，然后用计算机处理所拍到的数字图像（散斑图），通过对比试样表面在变形前后的散斑图，运用相关算法求出试样的全场位移与应变。不同应变率试验高速摄像机需使用不同的拍摄帧数，应变率越高拍摄帧数也要相应地提高。为保证处理数据能得到应力-应变曲线，高速摄像机的拍摄帧数需与高速拉伸试验机的力值采集频率相同。原理简示图如图1，计算机通过分析虚拟引伸计的长度变化得出试样的应变-时间曲线。

图1试样的应变-时间曲线

案例结果与分析

（1）样条的断裂现象分析

1A、1B、1BA、Type 3试样均为哑铃型。哑铃型设计是为了避免断裂发生在标距外的情况，标距外的断裂会导致测试结果出现偏离。试验结果表明哑铃型试样在标距内断裂，结果有效，而直条型试样断裂在夹钳位置，结果无效。

图2试样断裂

（2）应变-时间曲线分析

高速相机拍摄拉伸的整个过程，再通过计算机DIC技术得出试样从拉伸开始到断裂的应变-时间曲线，如图10~12。

图13和图14分别是两种材料不同样条的断裂伸长率对比图，可看出直条型试样的断裂伸长率结果明显小于其余四种样条，究其原因是钳口断裂导致的。

应变率公式为a=dε/dt，因此对应变-时间曲线进行线性拟合求斜率可以得出试样的实际应变率，试样的实际应变率越接近设定应变率，测试结果越准确。

通过分析工程应力-应变曲线，可得出试样的屈服应力数据如图18和图19。试验材料填充PP料和玻纤增强料属于应变率敏感材料，即材料的屈服应力随着应变率的提高而增大。由图18所示规律可以看出，填充PP料材料的5种试样类型屈服应力结果均符合应变率敏感规律，但100s-1的应力值低于其它4种试样的结果。图19则显示出玻纤增强料材料的1A、1B、1BA、Type 3试样屈服应力符合规律，直条型试样高应变率的屈服应力反而下降，不符合事实规律，同样的100s-1的应力值也低于其它4种试样的结果。出现以上现象同样是直条型试样钳口断裂导致的，因此直条型试样不具备应用可能。

另一方面，通过应力-应变曲线，对1A、1B、1BA、Type 3试样的力值震荡幅度进行评估，结果如表3所示。

在高速拉伸试验中，力值震荡是难以避免的。由表3可见，两种材料1BA试样的力值震荡幅度最小，具体规律表现为填充PP料：1BA＜1A＜1B＜Type 3，玻纤增强料：1BA＜1A＜Type 3＜1B。优先采用震荡幅度小的试样进行高速拉伸试验。

（4）断口形貌分析

填充PP料的形貌显示出现不规整的凸起，截面粗糙，表现为韧性断裂的特征。玻纤增强料形貌显示出现大量的纤维和孔洞，有纤维与树脂的拔出、纤维撕扯、断裂等痕迹。

案例结论

通过对实验结果的分析对比，综合考虑断裂现象、力值震荡、实际/设定应变率差距等多方因素，可以得出使用1A和1BA型试样获得的测试结果优异。测试填充PP材料时优选1BA试样，玻纤增强材料优选1A或1BA试样。

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