拉伸试验全程位移控制法

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1、拉伸试验全程位移控制法苏英群（天津钢管集团有限公司，天津，300301）摘要:针对目前国内仍有许多金属材料拉伸试验机不能或不适宜进行应力、应变、位移三段控制的实际情况，探讨了用位移控制替代应力控制和应变控制的金属材料拉伸试验全程位移控制法，避开了三种控制方式之间的转换。在没有对拉伸速率提出特殊要求的情况下，可以近似应用本方法。关键词:拉伸试验位移控制应力控制应变控制控制方式转换系统柔度ThemethodfortensiletestWithdisplacementcontrolmodeinallprocessYingqunsuTianjinPipe(gr

2、oup)CO.,LTD,Tianjin300301AbstractWhereasmostmetallicmaterialstensiletestmachinesinourcountryarenotableornotsuitabletodotestsinthreesegmentcontrolswithstress,strain,anddisplacementcontrolmodes,thispaperbringsouttheideaofdisplacementcontrolmethodinallprocesswhichusedisplacementcon

3、trolasasubstituteforstresscontrolandstraincontroltoavoidthetransitionbetweenthethreecontrolmodes.Itcanbeusedinthecasethatthetensilespeedisnotrequiredespecially.Keywordtensiletestingdisplacementcontrolstresscontrolstraincontrolcontrolmodestransitionsystemflexible1、引言为了准确测定金属材料拉伸性

4、能，使试验结果具有可比性，各国拉伸试验标准无一例外地规定了试样拉伸时弹性阶段应力速率、屈服阶段应变速率和破断前两夹头分离速率。满足这种要求的一种方法是直接进行应力、应变、位移三段控制。鉴于目前国内用于金属材料拉伸试验的仪器大多不能直接实现应力、应变、位移三段控制，即使有的试验机能够实现，因控制方式转换时不平稳，测试人员一般不会使用这种方法。另外，由于某些类型引伸计结构设计缺陷、试样表面不良状态等多种原因，会使刀口打滑引发应变控制的危险性，测试人员不敢轻易使用应变控制。为了寻求一种既能满足试验标准对拉伸速度的要求，又能简化试验程序的方法，笔者曾在1994

5、年《天津钢管创刊号》上发表了题为《申克RBO万能材料试验机速度控制研究》的论文，推导了夹头位移速率与应力增加速率的关系，提出了用位移控制代替应力控制的方法。十几年来，笔者所在实验室一直采用全程位移控制法进行拉伸性能的产品检验和科研实验,实际测定的应力速率和应变速率与设定值比较接近，可以满足试验标准对拉伸试验不同阶段的拉伸速度要求。本方法适用于：⑴仅能进行位移控制，而不具有应力、应变控制功能的试验机；⑵即使具有应力、应变控制功能，但不能进行应力、应变、位移三种控制方式转换的试验机；⑶能进行应力、应变、位移三种控制方式转换，但转换时有“过冲”，既转换不平稳

6、的试验机；⑷能进行应力、应变、位移三种控制方式转换，但因应变控制的危险性，不希望进行应变控制的测试者；⑸拉伸试验软件设计者。2全程位移控制法2.1试验系统柔度对拉伸速度的影响拉伸试验时，试样对试验系统（包括机架、加载机构、载荷测量装置、试样夹持部分等等）施加一个反向载荷，使试验系统发生变形。如果试验系统的变形量大，说明试验系统柔度大。试验系统柔度的定义是：系统在承受载荷时，每增加单位力所产生的弹性变形量，单位为mm/N。位移传感器一般固定在移动横梁或移动夹头上，显而易见，经位移传感器测量的位移不能代表试样标距部分的位移。要想通过位移传感器反馈信号控制试

7、样标距部分位移，必须考虑系统柔度的影响。2.2用位移控制替代应力控制由于系统柔度的作用，夹头（横梁）位移S应该等于试样平行长度位移△L与系统柔度K作用产生的位移之和，既S＝△L+KF⑴式中，F为试样承受载荷在试样拉伸的线弹性段，应力σ与应变ε成正比，既σ=Eε⑵式中E为拉伸弹性模量而ε＝△L/Lc⑶式中Lc为试样平行长度将⑶代入⑵，得△L＝Lcσ/E⑷设试样变形所用时间为t，则△L/t为试样平行部分变形速率，应力速率＝σ/t。由⑷式两边除以t，得△L/t＝Lc/E⑸用V表示夹头（横梁）位移速率，则V＝S/t，由⑴式得V＝△L/t+KF/t⑹将⑸带入⑹得

8、V＝Lc/E+KF/t⑺用S0表示试样平行部分横截面积，将⑺式变形：V＝Lc/E+KS0（F/