一種準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法
【專利摘要】本發明公開了一種準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法。在鋁單絲的拉伸實驗中，常使用一般接觸式引伸計測量材料的變形量，但是由于該引伸計行程有限并且試樣斷裂時的劇烈震動會損壞引伸計，因此往往在較小應變量時就拆除引伸計而無法得到完整的拉伸曲線。本發明利用一般的接觸式引伸計測量應變，將引伸計記錄的應力-應變曲線作為整個曲線的第一部分，將從引伸計拆除時直至試樣斷裂的載荷-位移曲線轉化為應力-應變曲線，以實測延伸率與第一部分曲線塑性變形量的差作為基準，將第二部分曲線進行縮放，然后將兩部分曲線連接得到完整的拉伸曲線。本發明可以擬合直觀反映鋁單絲基本性能指標的完整拉伸曲線，可在工程及科技論文寫作中廣泛推廣。
【專利說明】一種準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及拉伸曲線的擬合方法【技術領域】，具體涉及一種準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法。
【背景技術】
[0002]拉伸曲線是材料在拉伸過程中時時記錄的載荷-位移曲線或應力-應變曲線，曲線記錄了材料從開始拉伸直至斷裂過程中載荷或應力隨應變量的變化趨勢。在工程特別是學術研究領域，鋁單絲的拉伸曲線是一條必要的重要曲線，主要反映鋁單絲的彈性模量、屈服強度、抗拉強度和延伸率，而這些性能參數都是反映鋁單絲靜態性能好壞并評價鋁單絲能否安全使用的重要指標。
[0003]目前，只是測試鋁單絲的彈性模量、屈服強度、抗拉強度和延伸率已經具有很成熟的測試技術，可以按照金屬材料室溫拉伸實驗方法GB/T228-2002得以實現。但是在工程特別是科技論文寫作方面經常會要求繪制一條能體現鋁單絲各種拉伸性能的完整拉伸曲線，繪制這樣的曲線具有很大難度。目前繪制這樣的曲線有以下三種方法:第一，利用試驗機記錄的載荷-位移曲線轉換成應力-應變曲線。第二，利用視頻引伸計跟蹤單絲鋁線到斷裂，記錄整個過程的應力-應變曲線。第三，利用全自動接觸式引伸計或激光引伸計記錄整個拉伸過程的應力-應變曲線。但是，以上測試方法都存在弊端。第一種方法的應變是由作動器的位移量除以試樣平行長度得到的，由于應變引入了夾頭、試樣圓弧等位置的變形因此測得的應變量要遠大于實際的試樣變形量，而且此方法測得的試樣的屈服強度也不符合仲裁實驗的要求，因為仲裁實驗要求屈服強度的測試一定要安裝引伸計。第二種方法需要在試樣的標距處裝貼標距辨認條，由于標距辨認條在有些試樣的拉伸過程中容易滑動且標距辨認條上的標記比較大，因此此方法對于小試樣拉伸時的精度較差。第三種方法是可行的，但是由于激光引伸計和全自動接觸式引伸計的價格很昂貴，因此一般的實驗室一般不具備這樣的儀器。而常規的接觸式引伸計，由于試樣斷裂時的劇烈震動會損壞引伸計，另夕卜，一般引伸計的量程很有限，因此，使用這種引伸計時必須在試樣斷裂前或應變量超出引伸計的量程前拆除引伸計，所以也無法繪制完整的拉伸曲線。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術中難以繪制反映鋁單絲基本力學性能的完整拉伸曲線的不足之處，本發明提供了一種準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法，從擬合后的拉伸曲線上可以清晰的反映出鋁單絲的彈性模量、屈服強度、抗拉強度和延伸率。該方法操作簡單，且僅使用一般實驗室具有的常規接觸式引伸計就可實現。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0006]一種準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法，該方法步驟如下:
[0007](I)測量鋁單絲的尺寸并對鋁單絲的原始標距做標記。所述鋁單絲的尺寸包括平行段長度L。，原始標距Ltl和鋁單絲的直徑d。使用細的記號筆進行標記。
[0008](2)在鋁單絲上安裝接觸式引伸計。
[0009](3)在拉伸試驗機上進行拉伸試驗，并在試樣斷裂前拆除引伸計，并保證拆除引伸計時沒有超過引伸計的量程；拆除引伸計后繼續保持位移控制將鋁單絲拉伸至斷裂(當應變規的應變值達到2.5-5%時，拆除引伸記)。
[0010](4)測量斷裂后鋁單絲的斷后標距長度Lu并計算斷后伸長率A，A = (Lu-L0) /L。。
[0011](5)繪制載荷-夾頭位移曲線，并將夾頭位移除以鋁單絲的平行段長度L。，從而繪制由夾頭位移確定的應力-應變曲線。
[0012](6)繪制應變規拆除前的應變規記錄的應力與應變的關系曲線，并測量引伸計拆除時的應力Otl、對應的非比例伸長率Atl以及對應的總伸長率At(l。
[0013](7)在由夾頭位移確定的應力-應變曲線中找到應力為O。的點，也就是拆除引伸計時的點，該點對應的總應變為Stl，則該點坐標為(Etl, O J。同時，在由夾頭位移確定的應力-應變曲線中找到鋁單絲斷裂時的點，坐標為(eu，ou);將由夾頭位移確定的應力-應變曲線中從拆除引伸計到單絲鋁線斷裂的所有點，即總應變在^?^范圍內的所有點均沿應變軸負向平移％，然后將平移后的這段曲線上所有點的橫坐標同時乘以(A-Atl)/(ε U- ε C1);假如平移前該段曲線上任意一點的坐標為(σ，ε )，則平移和縮放后該點的坐標為((ε - ε 0).(A-A0) /( ε u- ε 0), σ )。
[0014](8)將由夾頭位移確定的應力-應變曲線中平移和縮放后的曲線段再向應變軸正向平移Attl,曲線段上任意一點的坐標變為(Attl+ ( ε - ε。).(A-A0) / ( ε u- ε。)，σ )。將平移后的曲線段與由應變規確定的應力-應變曲線合并，從而使得平移后的曲線段與由應變規確定的應力-應變曲線首尾相連，組成了最終的完整拉伸曲線。
[0015]本發明的有益效果是，采用一般的實驗室條件繪制完整的拉伸曲線，可以清晰反映單絲鋁線基本的拉伸性能指標，可以在工程和科技論文寫作中廣泛推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0016]圖1是由夾頭位移確定的應力-應變曲線；圖中:1為在由夾頭位移確定的應力-應變曲線上對應于拆除引伸計時的點，2為此曲線上對應于試樣斷裂的點。
[0017]圖2是由應變規確定的應力-應變曲線；圖中:3為由應變規確定的應力-應變曲線上拆除引伸計時的點。
[0018]圖3是擬合后的完整應力-應變曲線。
【具體實施方式】
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[0019]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0020]以鋁合金導線的拉伸試驗為例，本發明方法具體過程如下:
[0021]第一，測量鋁合金圓棒試樣的直徑d為5.08mm，平行段長度L。為30mm，原始標距長度U為25mm，并對試樣的原始標距用細記號筆做標記。
[0022]第二，在試樣上安裝接觸式引伸計(型號2620-601)。
[0023]第三，在拉伸試驗機(型號INSTR0N8801)上進行拉伸試驗，在引伸計的示值Attl為5.00時拆除引伸計，然后拉伸試樣直至斷裂。
[0024]第四，測量斷裂后試樣的斷后標距長度Lu為28.33mm，然后計算斷后伸長率A為13.3，A 的計算公式為:A=100* (Lu-Ltl)/L。。
[0025]第五，繪制載荷-夾頭位移曲線，并將位移量除以試樣的平行段長度，從而繪制由夾頭位移確定的應力-應變曲線，見圖1所示。
[0026]第六，繪制應變規(引伸計)拆除前應變規記錄的應力-應變曲線，作為目標曲線的一部分，見曲線2所示。測量引伸計拆除時點3的應力σ ^為256.39MPa，對應的非比例伸長率Atl及總伸長率Attl分別為4.66和5.00。
[0027]第七，在圖1中找到應力為σ ^的點，也就是拆除引伸計時的點1，記錄該點對應的總應變為e 0為11.66，則該點坐標為(11.66，256.39)。同時，在圖1中找到試樣斷裂時的點2，坐標記作(ε u, σ u)，記錄2的坐標為(28.95，198.37)。將點I和點2之間的所有點(包括點I和點2)均沿應變軸負向平移ε ο,即11.66。然后將平移后的這段曲線上的所有點的橫坐標同時乘以(A-Atl) /( eu-e0) ( S卩，沿應變軸方向進行縮放，縮放倍數為(A-Atl) /(￡11-￡。))，即為0.4997。假如平移前該段曲線上任意一點的坐標為(ε，σ )，則平移和縮放后該點的坐標為((ε - ε 0).(A-A0) /( ε u_ ε 0)，σ )。
[0028]第八，將圖1中平移后的點I和點2之間的曲線段再向應變軸正向平移Attl，曲線段上任意一點的坐標變為(Attl+ ( ε-ε0).(A-A0)/(eu-e0), σ)。將平移后的曲線段與由應變規確定的應力-應變曲線合并，從而使得平移后的曲線段與由應變規確定的應力-應變曲線首尾相連，形成了擬合后的完整應力-應變曲線，如圖3所示。
【權利要求】
1.一種準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: (1)測量鋁單絲的尺寸并對鋁單絲的原始標距做標記；所述鋁單絲的尺寸包括平行段長度L。，原始標距Ltl和鋁單絲的直徑d ； (2)在鋁單絲上安裝接觸式引伸計； (3)在拉伸試驗機上進行拉伸試驗，并在試樣斷裂前拆除引伸計，并保證拆除引伸計時沒有超過引伸計的量程；拆除引伸計后繼續保持位移控制將鋁單絲拉伸至斷裂； (4)測量斷裂后鋁單絲的斷后標距長度Lu并計算斷后伸長率A; (5)繪制載荷-夾頭位移曲線，并將夾頭位移除以單絲鋁線的平行段長度L。，從而繪制由夾頭位移確定的應力-應變曲線。 (6)繪制應變規拆除前的應變規記錄的應力與應變的關系曲線，并測量引伸計拆除時的應力σ。、對應的非比例伸長率Atl以及對應的總伸長率Attl ； (7)在由夾頭位移確定的應力-應變曲線中找到應力為σ。的點，也就是拆除引伸計時的點，該點對應的總應變為Stl，則該點坐標為(￡(|，％);同時，在由夾頭位移確定的應力-應變曲線中找到鋁單絲斷裂時的點，坐標為(eu，ou);將由夾頭位移確定的應力-應變曲線中從拆除引伸計到單絲鋁線斷裂的所有點，即總應變在^?^范圍內的所有點均沿應變軸負向平移％，然后將平移后的這段曲線上所有點的橫坐標同時乘以(A-Atl)/(ε U- ε ο)； (8)將由夾頭位移確定的應力-應變曲線中平移和縮放后的曲線段再向應變軸正向平移Attl,曲線段上任意一點的坐標變為(Attl+ ( ε - ε。).(A-A0) /( ε u- ε。)，σ )。將平移后的曲線段與由應變規確定的應力-應變曲線合并，從而使得平移后的曲線段與由應變規確定的應力-應變曲線首尾相連，組成了最終的完整拉伸曲線。
2.根據權利要求1所述的準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法，其特征在于:步驟(I)中使用記號筆對鋁單絲進行標記。
3.根據權利要求1所述的準確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線擬合方法，其特征在于:步驟(3)中，當應變規的應變值為2.5-5%時，拆除引伸記。
【文檔編號】G01N3/08GK104344994SQ201310328918
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】段啟強, 張哲峰, 吳細毛, 李春和, 張廣平, 王建東, 王飛 申請人:中國科學院金屬研究所, 國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 國網遼寧省電力有限公司