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| 标准编号 | T/CSAE 52-2016 (T/CSAE52-2016) | | 中文名称 | 金属板材在高应变速率下的力学 性能测试方法 | | 英文名称 | Test method of mechanical properties for metallic sheets at high strain rates | | 行业 | Chinese Industry Standard | | 中标分类 | T40 | | 国际标准分类 | 43.120 | | 字数估计 | 26,262 | | 发布日期 | 5/26/2016 | | 实施日期 | 5/26/2016 | | 发布机构 | 中国汽车工程学会 | | 范围 | 本标准规定了汽车用金属板材在高应变速率下拉伸试验的原理、符号和说明、试样和装置。本标准适用厚度在3mm以内（包含3mm）的汽车用金属板材，试验要求的应变速率范围为10-2s-1～103s-1，试验温度为10℃～35℃（或由双方协商确定）。本标准适用于液压伺服测试系统， 除非另有说明，同一规格的金属板材所选取的不同应变速率应在同一试验设备上进行。注1：当试验的应变速率小于10-2s-1时，可使用适用于准静态拉伸试验机进行比对试验。 | T/CSAE 52-2016: 金属板材在高应变速率下的力学 性能测试方法
T/CSAE 52-2016 英文名称: Test method of mechanical properties for metallic sheets at high strain rates
中 国 汽 车 工 程 学 会 标 准
金属板材在高应变速率下的力学性能测试方法
1 范围
本标准规定了汽车用金属板材在高应变速率下拉伸试验的原理、符号和说明、试样和装置。
本标准适用厚度在3mm以内（包含3mm）的汽车用金属板材，试验要求的应变速率范围为10-2s-1～
103s-1，试验温度为10℃～35℃（或由双方协商确定）。
本标准适用于液压伺服测试系统，除非另有说明，同一规格的金属板材所选取的不同应变速率
应在同一试验设备上进行。
注1：当试验的应变速率小于10-2s-1时，可使用适用于准静态拉伸试验机进行比对试验。
5 试验设备
试验设备应该满足试验要求，并在整个试验过程中保持恒定的应变速率。在应变速率小于 1s-1
时，试验设备应采用闭环控制；在应变速率大于 1s-1时，试验设备的控制方式可采用开环控制，但应
具备采取特殊的措施来使试验过程中的应变速率保持恒定并在可接受的极限范围内。对于本标准所
推荐的试样，可以采用液压伺服驱动下落运动单元、飞轮冲击、落锤等系统。
本标准中所涉及到的试验设备构成依据于动能守恒的原理，试验所需动能是由试样的冲击载荷
一侧产生和提供的（如附录 A中图 A.1），载荷传感元件位于试样固定夹具一侧（如附录 A中图 A.1）。
为防止由于弯矩产生的试验误差，实验过程需保证轴对称的平行试样与加载杆的同轴度。加载
杆的同轴度可参照 ASTM E 1012确定。从力学观点来看，加载杆应紧固并容易控制，同时应尽可能
使试验加载系统有较高的固有频率和能够实现较短的加速时间。
6 试样
6.1试样尺寸
本标准中，应选取平整的金属板材进行动态拉伸试验，取样位置可参考 GB/T 2975。除试验设备
所能提供的加载速度外，试样尺寸对于实验所要求达到的应变速率非常重要，试样平行段长度越短，
试验所能达到的应变速率越高。试样尺寸的要求应该满足图 1要求，试样的平行段长度 Lc应当满足
使标距 L0范围内保持为单向拉伸状态，试样的平行段长度 Lc 、宽度 b0 、厚度 a0以及过渡圆弧 r 应满足以下要求：
6.2试样加工
试样的加工依据于 GB/T 228.1 附录 B 中的要求。试样的加工应特别注意防止加工硬化，推荐使
用电火花腐蚀切割、水注切削等方式来减少试样边缘的加工硬化。
注 1：如需对非板状金属材料或厚度大于 3mm 的金属板材进行高应变速率下的力学性能测试时，可由试验双方协商确定试验方案。
6.3取样
除非另行约定，试样应该沿轧制方向进行取样。试验准备过程中，应该保证每个应变速率至少 3
片试样。试样的取样位置可参照 GB/T 2975进行。
7 试验要求
7.1速率选取
在进行材料高应变速率下的力学性能测试前，需合理选取作动器的初始的位移速度 v0 ，以保证
试样进行试验时达到所需的应变速率。初始的位移速度 v0 可通过公式（1）对试验要求达到的名义应
变速率进行估算得到.
式（1）中 Lc为试样平行段长度。试验过程中应变速率会由于作动器的同轴度产生偏差。
注：对于落锤结构试验系统，初始的位移速度 v0 可根据试验要求达到的名义应变速率通过下落高度计算而得到。
试样平行段的应变速率对材料的力学行为有决定性的影响。因此，试验过程中应保证试样平行
段的应变速率恒定而不是保证作动器恒定的加载速度。
7.2力的测量
随着位移速度增加，高应变速率下的载荷会自发传递到试样上而引起试样和设备部件振动的增
加。这些振动可以是轴向振动，也可以是弯曲振动。试验时叠加的振动信号被记录在力信号中，从
而出现在应力-应变曲线上。另外，在变形过程中（吕德思应变）发生材料内在的振动也会与力信号
发生叠加，也会出现 “力震荡”现象。
当选择测力方式时，减少或防止力信号中的振动非常重要。一般而言，测力的部位离试验标距
位置越远或设备作动器的速度越大，试验产生的振动就会越大。
当应变速率小于或等于 50s-1时，设备压电式传感器的自然频率足够满足力测量的精度，可使用
设备自带的压电式传感器进行载荷的测量；当应变速率大于 50s-1时，推荐在试样纯弹性变形区使用
应变片（测量的区域，见图 1）或通过局部测力计进行力的测量。
注 1：如因设备夹具造成的试样只发生弹性变形的区域无法使用应变片，可在夹具上贴应变片（[1]，[2]，[3]，[4]），
但夹具的贴片位置应尽可能离试样标距位置小。
注 2：如需区分由弯扭而引起的振动部分，可在试样的两侧进行贴应变片，分别分析应变片的信号，从而识别信
号中的由弯扭引起的部分，并通过应变片桥路搭接而消除弯扭引发的振荡。
注 3：试验过程中，应谨慎在加载杆上使用阻尼元件来减小振动作用，因为使用阻尼元件会减小试验初始的应变
速率，从而影响试验材料屈服强度的准确性。
测力计的校准，可在准静态条件下对贴有应变片的试样进行。获得校准因数时，施加于试样的
最大应力值应不大于材料的为 2/3屈服强度或规定塑形延伸强度。其它的力校准方式可参考文献[1]、[5]、[6]。
应变速率小于 10s-1试验时，上频率极限 fu(-3dB)至少应为 1kHz。对于更高的应变速率，应采用
公式（2）确定力测量系统的上频率极限 上式中，fu为力测量系统的上频率极限，ė为应变速率。
7.3变形的测量
为获得原始标距内可靠的位移测量结果，应使用不同的测量系统。当应变速率小于 1s-1时，通常
可使用机械式夹持引伸计。当应变速率大于 1s-1时，应使用无惯性的测量系统替代引伸计，如应变片、
光电测量仪、激光测量系统或者高速摄像。
注：不推荐使用 LVDT（线性可变比变压器）或其它在标距L0外的间接方法测量应变。这些测量方式仅在准确考
虑设备和加载杆部件的刚度时使用。
可采用一种测量技术对整个试验进行测量。若一种测量技术不能满足或者有更高的精度要求，
可以结合多种技术进行测量。若材料变形均匀性足够，在均匀应变范围内的测量，允许使用比原始
标距 L0更小的测量标距 Le，或者使用适合的测量仪器直接记录真实应变。
应以适当的方式对位移/应变测量设备进行校准。
7.4数据采集
载荷与位移/应变数据测量系统的采样频率应以不低于载荷测量系统上频率极限的四倍进行采集
并记录。这些采集数据可作为试验结果的原始数据部分，随后的分析可减少数据对。无论采用何种
采集方式，载荷与位移/应变的采集应保持同步。
7.5数据处理
7.5.1 应力-应变曲线
采用与GB/T 228.1准静态拉伸试验类似的方式进行力、延伸、应变和应力-应变曲线的处理。
材料的应力-应变曲线应由试验过程中的原始测量信号计算获得。试验过程中获取的单调递增的
应变信号有利于试验数据的进一步分析，若由于测量技术的原因（如信号杂乱）而不能获得单调递
增的信号，可通过不同程序处理获得（如使用移动平均数程序处理，多项式近似法处理，多项式转
换或滤波处理等）。若其它测量因素对信号也产生影响（如速度降低等），需要检查试验过程的应
变速率变化。试验过程中的出现应力-应变曲线的震荡现象及处理方式应进行说明。
在材料关键参数及用于有限元计算的应力应变-曲线的确定中，需对应力-应变曲线进行平滑处理。
通常可采用移动平均数法，多项式近似法，多项式分段近似法或滤波等方法进行。平滑处理方式的
选取取决于不同的前提条件，如曲线的构成，振动的幅度，或者测量值的分布和数量。总之，平滑
处理会有信息遗失的危险或主观的影响，试验报告中应指出数据是否经过平滑处理或以何种方式处理。
注：在过滤和光滑等处理前，需对设备参数如夹具、缓冲器、传动杆的同轴度等进行优化，以得到更好的原始数据。
7.5.2 关键参数的确定
材料在高应变速率下拉伸试验中的关键参数由应力-应变曲线确定，可参照GB/T 228.1的相关术语
及定义进行，关键参数主要包括下屈服强度ReL、规定塑形延伸强度Rp、抗拉强度Rm、最大力处塑性
延伸率Ag和断裂后的伸长率A。
规定塑形延伸强度Rp可与在塑性应变为0.2%处的Rp0.2（与GB/T 228.1中的一致）同样计算获得，
另外对更高的塑性应变时的强度值应标上应变(如1%、2%、3%)。在不确定的情况下，如高的振动幅
度（大于Rm的5%），应省略Rp0.2的计算，而记录在较高应变速值下的规定塑形延伸强度，如Rp3的规
定塑性延伸强度。测量规定塑形延伸强度的不确定度随振动幅度降低而降低。
在高速拉伸试验过程中，对应于上屈服强度的下屈服强度ReL是一个关键的材料参数。依照
GB/T 228.1规定，ReL定义为加工硬化开始前塑性屈服过程中应力的平均值。当力信号振动不能保证
ReL的可靠性时，应采用高的塑性应变对应的强度来代替ReL。
如7.5.1节，抗拉强度Rm表述为应力-应变曲线的最大值。最大力处的总的延伸率Agt为与GB/T 228.1
准静态拉伸试验中的定义类似，为材料的抗拉强度对应的应变值。
与GB/T 228.1中的规定一致，断裂后的伸长率是由测量试样上的标距获得，应优先采用在试样上
预先打标测量断后伸长率。
除此之外，若用传统确定应变到断裂的方法测量标距L0的延伸率，断后伸长率也可从应力-应变
曲线上的断裂点读取。若断后伸长率小于5%，可通过应力-应变曲线上的数据获取材料的伸长率。
7.5.4 流变曲线测定
公式（6）、（7）及（8）仅适用于各向同性材料。
根据材料在均匀变形阶段时的体积不变假设，可以计算材料的流变曲线。该假设只用于塑性应
变，见式（6）或（7）或总应变（弹性和塑性），见式（8）。一些FEM软件所需的流变曲线以材料
发生的总应变作为初始参数。
是否包括弹性变形部分，可获得不同定义的流变曲线。
如只测量塑性应变则可获得塑性应变的流变曲线，可由式（6）和（7）可获得材料均匀变形范
围内的真实应力-真实塑性应变曲线或数据：
7.5.5 材料本构模型确定
材料高应变速率拉伸试验可获取材料在试验设定应变速率下的力学性能，考虑到试验设定的应
变速率的有限性，试验数据的处理过程中可根据各应变率下获取的力学性能数据采用合适的本构模型进行数据拟合。
8 试验报告
试验报告应包括所有与试验程序和试样结果相关的信息：
1）引用的标准及标准号；
2）试样名称
3）材料牌号、材料规格；
4）试样工艺处理条件及加工条件；
5）试样的几何形状及尺寸；
6）试样的取样位置及方向；
7）试验设备；
8）载荷测量的方式；
9）应变测量的方式；
10）试验条件（温度，名义、平均和特征应变速率）；
11）原始数据，可以附件的形式提供，但每个应变速率下的有效数据应不少于3组；
12）试验数据处理信息（应注明采用何种方式处理，如：光滑、拟合等）；
13）试验结果（强度和塑性相关的关键参数，应力-应变曲线，真实塑性应变-真应力数据及曲线，
材料......
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