[发明专利]单轴拉伸试验的数据测量和计算方法

权利要求书

1.一种单轴拉伸试验的数据测量和计算方法，其步骤包括：

第一步，标示测量点：在拉伸方向上，通过布置分界线，将标准试样表面划分成若干区域，并沿拉伸方向画出试样的对称线，分界线与对称线分别垂直相交，交点即为标示点，并测量用于确定参考长度的两标示点之间的初始距离，以及试样初始截面积；

第二步，测量试验数据：按标准中规定的试验条件，进行单轴拉伸试验，测量试验过程中试样在不同变形状态下用于确定参考长度的两标示点之间的距离和试验拉伸载荷；

第三步，计算真实断裂应变应力，按以下步骤进行：

(1)标记测量点：拉伸试验完成后，将断裂试样的两节按裂纹进行对接，尽可能消除间隙，先对断裂试样较短一节上的标示点依次标记为“1、2、…、q”，然后对断裂试样较长一节上的标示点按相同的数字顺序标记相同的个数，如果断裂试样两节长度相等，则选择其中任一节先标记均可；

(2)选取参考长度：根据两个标记点选取不同参考长度，使得断裂区位于该参考长度的中间，根据被标记的两标示点确定第一步中测量的该两标示点的初始距离，即为参考长度的大小；

(3)测量标记点距离：根据不同参考长度确定的两个标记点，分别测量试样断裂后两标记点距离；

(4)计算工程断裂应变应力：根据工程应变定义，计算不同参考长度下的工程断裂应变，并根据工程断裂应变、试样断裂时拉伸载荷和试样初始截面积，计算不同参考长度下的工程断裂应力；

(5)计算真实断裂应变应力：根据不同参考长度下的工程断裂应变和工程断裂应力，计算不同参考长度下的真实断裂应变和真实断裂应力；

第四步，绘制工程和真实应力应变曲线组：根据第二步中的测量试验数据，直接采用第三步中的测量点标记，重复第三步中为计算工程和真实断裂应变应力的方法和步骤，计算试样在不同参考长度和不同变形状态下的工程和真实应变应力，将同一参考长度下的不同变形状态的真实应力应变点进行连接，绘制出同一种材料在不同参考长度下的工程和真实应力应变曲线。

2.根据权利要求1所述的单轴拉伸试验的数据测量和计算方法，其特征在于第一步到第三步按如下步骤进行：

第一步，标示测量点：在拉伸方向上，通过布置分界线，将标准试样表面按1mm间距对其标定长度进行等分，并沿拉伸方向画出试样的对称线，分界线与对称线分别垂直相交，交点即为标示点，并测量试样初始截面积；

第二步，测量试验数据：按标准中规定的试验条件，进行单轴拉伸试验，测量试验过程中试样在不同变形状态下的两标示点之间的距离D和试验拉伸载荷F；

第三步，计算真实断裂应变应力：按小于或等于试样标定长度的偶数参考长度和小于试样标定长度的奇数参考长度两种情况，分别计算：

(a)当参考长度为偶数时，按以下几个步骤计算：

(1)标记测量点：拉伸试验完成后，将断裂试样的两节按裂纹进行对接，尽可能消除间隙，假设试样断裂处位于某个标示点上，将此标示点标记为“1”，先对断裂试样较短一节上的余下标示点依次标记为“2、3、…、q”，其中q为偶数，然后对断裂试样较长一节上的标示点按相同的数字顺序标记相同的个数，如果断裂试样两节长度相等，则选择其中任一节先标记均可；

(2)测量标记点距离：按不同偶数参考长度，分组测量标记点距离，对标记点距离分为断裂区D₁和非断裂区D₂，使用张量表示断裂试样其中一节上的标记点距离：

D₁＝D_1r，(r＝2s，s＝1、2、3、…、q-1)        (23)

D2=Dij,i=2m·n+m+1≤q-2,m=1,2,3,···,[q-1/3]j=2m·n+3m+1≤q,n=0,1,2,···,[q-4/2]---(24)]]>

交换D_ij下标即为另一节上标记点距离的张量表示；

(3)计算工程应变：根据工程应变定义，按不同偶数参考长度，分组计算试样断裂后断裂区工程应变和非断裂区工程应变使用张量表示断裂试样其中一节上的工程应变：

ϵ1e=ϵ1re=d1rlr,]]>(r＝2s，s＝1、2、3、…、q-1)                     (25)

ϵ2e=ϵije=dijlr,i=2m·n+m+1≤q-2,m=1,2,3,···,[q-1/3]j=2m·n+3m+1≤q,n=0,1,2,···,[q-4/2]---(26)]]>

交换下标即为另一节上工程应变的张量表示，其中断裂区参考长度变形量d₁和非断裂区参考长度变形量d₂，使用张量表示断裂试样其中一节上的参考长度变形量：

d₁＝d_1r＝D_1r-l_r，(r＝2s，s＝1、2、3、…、q-1)    (27)

d2=dij=Dij-lr,i=2m·n+m+1≤q-2,m=1,2,3,···,[q-1/3]j=2m·n+3m+1≤q,n=0,1,2,···,[q-4/2]---(28)]]>

交换d_ij下标即为另一节上参考长度变形量的张量表示，其中，参考长度表达式为：

l_r＝r，(r＝2s，s＝1、2、3、…、q-1)        (29)

(4)计算工程断裂应变应力：判断断裂试样较短一节进入断裂区域的标记点个数，以进入断裂区的标记点“4”为例进行说明，根据试样变形的对称性，则断裂试样两节上交换下标的测量和计算的数据相等：

当参考长度等于2mm时，则进入断裂区的工程断裂应变为并假设进入断裂区的工程断裂应变均相等，按工程应变定义，求得为：

ϵ12e=(d-2Σi≠1,j≠4dij)/6---(32)]]>

当参考长度不等于2mm时，则进入断裂区的工程断裂应变为按工程应变定义，求得为：

ϵ1re=d1r/lr]]>orϵ1re=(d-2Σj-i≠2dij)/lr---(35)]]>

不同偶数参考长度下的工程断裂应力与参考长度无关，直接求得为：

σ1re=Frup/A0,]]>(r＝2s，s＝1、2、3、…、q-1)               (36)

其中F_rup是试样断裂时拉伸载荷，A₀是试样初始截面积；

(5)计算真实断裂应变应力：将不同偶数参考长度下的工程断裂应变代入以下两式，计算不同参考长度下的真实断裂应变和真实断裂应力：

ϵ1rt=ln(1+ϵ1re),]]>(r＝2s，s＝1、2、3、…、q-1)                (37)

σ1rt=σ1re(1+ϵ1re),]]>(r＝2s，s＝1、2、3、…、q-1)                (38)

(b)当参考长度为奇数时，同样按以下几个步骤计算：

(1)标记测量点：拉伸试验完成后，将断裂试样的两节按裂纹进行对接，尽可能消除间隙，假设试样断裂处位于相邻两个标示点之间，将两侧标示点均标记为“1”，先对断裂试样较短一节上的余下标示点依次标记为“2、3、…、q”，其中q为奇数，然后对断裂试样较长一节上的标示点按相同的数字顺序标记相同的个数，如果断裂试样两节长度相等，则选择其中任一节先标记均可；

(2)测量标记点距离：按不同奇数参考长度，分组测量标记点距离，对标记点距离分为断裂区D₁和非断裂区D₂，使用张量表示断裂试样其中一节上的标记点距离：

D₁＝D_1r，(r＝2s-1，s＝1、23、…、q)                (39)

D2=Dij,i=2m·n+m-n≤q-1,m=1,2,3,···,[q+1/3]j=2m·n+3m-n-1≤q,n=0,1,2,···,q-2---(40)]]>

交换D_ij下标即为另一节上标记点距离的张量表示；

(3)计算工程应变：根据工程应变定义，按不同奇数参考长度，分组计算试样断裂后断裂区工程应变和非断裂区工程应变使用张量表示断裂试样其中一节上的工程应变：

ϵ1e=ϵ1re=d1rlr,]]>(r＝2s-1，s＝1、2、3、…、q)                        (41)

ϵ2e=ϵije=dijlr,i=2m·n+m-n≤q-1,m=1,2,3,···,[q+1/3]j=2m·n+3m-n-1≤q,n=0,1,2,···,q-2---(42)]]>

交换下标即为另一节上工程应变的张量表示，其中断裂区参考长度变形量d₁和非断裂区参考长度变形量d₂，使用张量表示断裂试样其中一节上的参考长度变形量：

d₁＝dX＝D_1r-l_r，(r＝2s-1，s＝1、2、3、…、q)        (43)

d2=dij=Dij-lr,i=2m·n+m-n≤q-1,m=1,2,3,···,[q+1/3]j=2m·n+3m-n-1≤q,n=0,1,2,···,q-2---(44)]]>

交换d_ij下标即为另一节上参考长度变形量的张量表示，其中，参考长度表达式为：

l_r＝2r-1，(r＝2s-1，s＝1、2、3、…、q)          (45)

(4)计算工程断裂应变应力：判断断裂试样较短一节进入断裂区域的标记点个数，以进入断裂区的标记点“2”为例进行说明，根据试样变形的对称性，则断裂试样两节上交换下标的测量和计算的数据相等：

当参考长度等于1mm时，则进入断裂区的工程断裂应变为并假设进入断裂区的工程断裂应变均相等，按工程应变定义，求得工程断裂应变为：

ϵ11e=(d-2Σi≠1dij)/3---(48)]]>

当参考长度不等于1mm时，则进入断裂区的工程断裂应变为按工程应变定义，求得为：

ϵ1re=d1r/lr]]>orϵ1re=(d-2Σj-i≠1dij)/lr---(51)]]>

不同奇数参考长度下的工程断裂应力与参考长度无关，直接求得为：

σ1re=Frup/A0,]]>(r＝2s-1，s＝1、2、3、…、q)        (52)

其中F_rup是试样断裂时拉伸载荷，A₀是试样初始截面积；

(5)计算真实断裂应变应力：将不同奇数参考长度下的工程断裂应变代入以下两式，计算不同参考长度下的真实断裂应变和真实断裂应力：

ϵ1rt=ln(1+ϵ1re),]]>(r＝2s-1，s＝1、2、3、…、q)(53)

σ1rt=σ1re(1+ϵ1re),]]>(r＝2s-1，s＝1、2、3、…、q)(54)