一種準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法。在鋁單絲的拉伸實(shí)驗(yàn)中，常使用一般接觸式引伸計(jì)測(cè)量材料的變形量，但是由于該引伸計(jì)行程有限并且試樣斷裂時(shí)的劇烈震動(dòng)會(huì)損壞引伸計(jì)，因此往往在較小應(yīng)變量時(shí)就拆除引伸計(jì)而無(wú)法得到完整的拉伸曲線(xiàn)。本發(fā)明利用一般的接觸式引伸計(jì)測(cè)量應(yīng)變，將引伸計(jì)記錄的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)作為整個(gè)曲線(xiàn)的第一部分，將從引伸計(jì)拆除時(shí)直至試樣斷裂的載荷-位移曲線(xiàn)轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，以實(shí)測(cè)延伸率與第一部分曲線(xiàn)塑性變形量的差作為基準(zhǔn)，將第二部分曲線(xiàn)進(jìn)行縮放，然后將兩部分曲線(xiàn)連接得到完整的拉伸曲線(xiàn)。本發(fā)明可以擬合直觀(guān)反映鋁單絲基本性能指標(biāo)的完整拉伸曲線(xiàn)，可在工程及科技論文寫(xiě)作中廣泛推廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及拉伸曲線(xiàn)的擬合方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法。

【背景技術(shù)】
[0002]拉伸曲線(xiàn)是材料在拉伸過(guò)程中時(shí)時(shí)記錄的載荷-位移曲線(xiàn)或應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，曲線(xiàn)記錄了材料從開(kāi)始拉伸直至斷裂過(guò)程中載荷或應(yīng)力隨應(yīng)變量的變化趨勢(shì)。在工程特別是學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，鋁單絲的拉伸曲線(xiàn)是一條必要的重要曲線(xiàn)，主要反映鋁單絲的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率，而這些性能參數(shù)都是反映鋁單絲靜態(tài)性能好壞并評(píng)價(jià)鋁單絲能否安全使用的重要指標(biāo)。
[0003]目前，只是測(cè)試鋁單絲的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率已經(jīng)具有很成熟的測(cè)試技術(shù)，可以按照金屬材料室溫拉伸實(shí)驗(yàn)方法GB/T228-2002得以實(shí)現(xiàn)。但是在工程特別是科技論文寫(xiě)作方面經(jīng)常會(huì)要求繪制一條能體現(xiàn)鋁單絲各種拉伸性能的完整拉伸曲線(xiàn)，繪制這樣的曲線(xiàn)具有很大難度。目前繪制這樣的曲線(xiàn)有以下三種方法:第一，利用試驗(yàn)機(jī)記錄的載荷-位移曲線(xiàn)轉(zhuǎn)換成應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。第二，利用視頻引伸計(jì)跟蹤單絲鋁線(xiàn)到斷裂，記錄整個(gè)過(guò)程的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。第三，利用全自動(dòng)接觸式引伸計(jì)或激光引伸計(jì)記錄整個(gè)拉伸過(guò)程的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。但是，以上測(cè)試方法都存在弊端。第一種方法的應(yīng)變是由作動(dòng)器的位移量除以試樣平行長(zhǎng)度得到的，由于應(yīng)變引入了夾頭、試樣圓弧等位置的變形因此測(cè)得的應(yīng)變量要遠(yuǎn)大于實(shí)際的試樣變形量，而且此方法測(cè)得的試樣的屈服強(qiáng)度也不符合仲裁實(shí)驗(yàn)的要求，因?yàn)橹俨脤?shí)驗(yàn)要求屈服強(qiáng)度的測(cè)試一定要安裝引伸計(jì)。第二種方法需要在試樣的標(biāo)距處裝貼標(biāo)距辨認(rèn)條，由于標(biāo)距辨認(rèn)條在有些試樣的拉伸過(guò)程中容易滑動(dòng)且標(biāo)距辨認(rèn)條上的標(biāo)記比較大，因此此方法對(duì)于小試樣拉伸時(shí)的精度較差。第三種方法是可行的，但是由于激光引伸計(jì)和全自動(dòng)接觸式引伸計(jì)的價(jià)格很昂貴，因此一般的實(shí)驗(yàn)室一般不具備這樣的儀器。而常規(guī)的接觸式引伸計(jì)，由于試樣斷裂時(shí)的劇烈震動(dòng)會(huì)損壞引伸計(jì)，另夕卜，一般引伸計(jì)的量程很有限，因此，使用這種引伸計(jì)時(shí)必須在試樣斷裂前或應(yīng)變量超出引伸計(jì)的量程前拆除引伸計(jì)，所以也無(wú)法繪制完整的拉伸曲線(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中難以繪制反映鋁單絲基本力學(xué)性能的完整拉伸曲線(xiàn)的不足之處，本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法，從擬合后的拉伸曲線(xiàn)上可以清晰的反映出鋁單絲的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率。該方法操作簡(jiǎn)單，且僅使用一般實(shí)驗(yàn)室具有的常規(guī)接觸式引伸計(jì)就可實(shí)現(xiàn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法，該方法步驟如下:
[0007](I)測(cè)量鋁單絲的尺寸并對(duì)鋁單絲的原始標(biāo)距做標(biāo)記。所述鋁單絲的尺寸包括平行段長(zhǎng)度L。，原始標(biāo)距Ltl和鋁單絲的直徑d。使用細(xì)的記號(hào)筆進(jìn)行標(biāo)記。
[0008](2)在鋁單絲上安裝接觸式引伸計(jì)。
[0009](3)在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并在試樣斷裂前拆除引伸計(jì)，并保證拆除引伸計(jì)時(shí)沒(méi)有超過(guò)引伸計(jì)的量程；拆除引伸計(jì)后繼續(xù)保持位移控制將鋁單絲拉伸至斷裂(當(dāng)應(yīng)變規(guī)的應(yīng)變值達(dá)到2.5-5%時(shí)，拆除引伸記)。
[0010](4)測(cè)量斷裂后鋁單絲的斷后標(biāo)距長(zhǎng)度Lu并計(jì)算斷后伸長(zhǎng)率A，A = (Lu-L0) /L。。
[0011](5)繪制載荷-夾頭位移曲線(xiàn)，并將夾頭位移除以鋁單絲的平行段長(zhǎng)度L。，從而繪制由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。
[0012](6)繪制應(yīng)變規(guī)拆除前的應(yīng)變規(guī)記錄的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線(xiàn)，并測(cè)量引伸計(jì)拆除時(shí)的應(yīng)力Otl、對(duì)應(yīng)的非比例伸長(zhǎng)率Atl以及對(duì)應(yīng)的總伸長(zhǎng)率At(l。
[0013](7)在由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中找到應(yīng)力為O。的點(diǎn)，也就是拆除引伸計(jì)時(shí)的點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的總應(yīng)變?yōu)镾tl，則該點(diǎn)坐標(biāo)為(Etl, O J。同時(shí)，在由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中找到鋁單絲斷裂時(shí)的點(diǎn)，坐標(biāo)為(eu，ou);將由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中從拆除引伸計(jì)到單絲鋁線(xiàn)斷裂的所有點(diǎn)，即總應(yīng)變?cè)赹?^范圍內(nèi)的所有點(diǎn)均沿應(yīng)變軸負(fù)向平移％，然后將平移后的這段曲線(xiàn)上所有點(diǎn)的橫坐標(biāo)同時(shí)乘以(A-Atl)/(ε U- ε C1);假如平移前該段曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)為(σ，ε )，則平移和縮放后該點(diǎn)的坐標(biāo)為((ε - ε 0).(A-A0) /( ε u- ε 0), σ )。
[0014](8)將由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中平移和縮放后的曲線(xiàn)段再向應(yīng)變軸正向平移Attl,曲線(xiàn)段上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)變?yōu)?Attl+ ( ε - ε。).(A-A0) / ( ε u- ε。)，σ )。將平移后的曲線(xiàn)段與由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)合并，從而使得平移后的曲線(xiàn)段與由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)首尾相連，組成了最終的完整拉伸曲線(xiàn)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，采用一般的實(shí)驗(yàn)室條件繪制完整的拉伸曲線(xiàn)，可以清晰反映單絲鋁線(xiàn)基本的拉伸性能指標(biāo)，可以在工程和科技論文寫(xiě)作中廣泛推廣。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0016]圖1是由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)；圖中:1為在由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上對(duì)應(yīng)于拆除引伸計(jì)時(shí)的點(diǎn)，2為此曲線(xiàn)上對(duì)應(yīng)于試樣斷裂的點(diǎn)。
[0017]圖2是由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)；圖中:3為由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上拆除引伸計(jì)時(shí)的點(diǎn)。
[0018]圖3是擬合后的完整應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
:
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]以鋁合金導(dǎo)線(xiàn)的拉伸試驗(yàn)為例，本發(fā)明方法具體過(guò)程如下:
[0021]第一，測(cè)量鋁合金圓棒試樣的直徑d為5.08mm，平行段長(zhǎng)度L。為30mm，原始標(biāo)距長(zhǎng)度U為25mm，并對(duì)試樣的原始標(biāo)距用細(xì)記號(hào)筆做標(biāo)記。
[0022]第二，在試樣上安裝接觸式引伸計(jì)(型號(hào)2620-601)。
[0023]第三，在拉伸試驗(yàn)機(jī)(型號(hào)INSTR0N8801)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，在引伸計(jì)的示值A(chǔ)ttl為5.00時(shí)拆除引伸計(jì)，然后拉伸試樣直至斷裂。
[0024]第四，測(cè)量斷裂后試樣的斷后標(biāo)距長(zhǎng)度Lu為28.33mm，然后計(jì)算斷后伸長(zhǎng)率A為13.3，A 的計(jì)算公式為:A=100* (Lu-Ltl)/L。。
[0025]第五，繪制載荷-夾頭位移曲線(xiàn)，并將位移量除以試樣的平行段長(zhǎng)度，從而繪制由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1所示。
[0026]第六，繪制應(yīng)變規(guī)(引伸計(jì))拆除前應(yīng)變規(guī)記錄的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，作為目標(biāo)曲線(xiàn)的一部分，見(jiàn)曲線(xiàn)2所示。測(cè)量引伸計(jì)拆除時(shí)點(diǎn)3的應(yīng)力σ ^為256.39MPa，對(duì)應(yīng)的非比例伸長(zhǎng)率Atl及總伸長(zhǎng)率Attl分別為4.66和5.00。
[0027]第七，在圖1中找到應(yīng)力為σ ^的點(diǎn)，也就是拆除引伸計(jì)時(shí)的點(diǎn)1，記錄該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的總應(yīng)變?yōu)閑 0為11.66，則該點(diǎn)坐標(biāo)為(11.66，256.39)。同時(shí)，在圖1中找到試樣斷裂時(shí)的點(diǎn)2，坐標(biāo)記作(ε u, σ u)，記錄2的坐標(biāo)為(28.95，198.37)。將點(diǎn)I和點(diǎn)2之間的所有點(diǎn)(包括點(diǎn)I和點(diǎn)2)均沿應(yīng)變軸負(fù)向平移ε ο,即11.66。然后將平移后的這段曲線(xiàn)上的所有點(diǎn)的橫坐標(biāo)同時(shí)乘以(A-Atl) /( eu-e0) ( S卩，沿應(yīng)變軸方向進(jìn)行縮放，縮放倍數(shù)為(A-Atl) /(￡11-￡。))，即為0.4997。假如平移前該段曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)為(ε，σ )，則平移和縮放后該點(diǎn)的坐標(biāo)為((ε - ε 0).(A-A0) /( ε u_ ε 0)，σ )。
[0028]第八，將圖1中平移后的點(diǎn)I和點(diǎn)2之間的曲線(xiàn)段再向應(yīng)變軸正向平移Attl，曲線(xiàn)段上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)變?yōu)?Attl+ ( ε-ε0).(A-A0)/(eu-e0), σ)。將平移后的曲線(xiàn)段與由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)合并，從而使得平移后的曲線(xiàn)段與由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)首尾相連，形成了擬合后的完整應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: (1)測(cè)量鋁單絲的尺寸并對(duì)鋁單絲的原始標(biāo)距做標(biāo)記；所述鋁單絲的尺寸包括平行段長(zhǎng)度L。，原始標(biāo)距Ltl和鋁單絲的直徑d ； (2)在鋁單絲上安裝接觸式引伸計(jì)； (3)在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并在試樣斷裂前拆除引伸計(jì)，并保證拆除引伸計(jì)時(shí)沒(méi)有超過(guò)引伸計(jì)的量程；拆除引伸計(jì)后繼續(xù)保持位移控制將鋁單絲拉伸至斷裂； (4)測(cè)量斷裂后鋁單絲的斷后標(biāo)距長(zhǎng)度Lu并計(jì)算斷后伸長(zhǎng)率A; (5)繪制載荷-夾頭位移曲線(xiàn)，并將夾頭位移除以單絲鋁線(xiàn)的平行段長(zhǎng)度L。，從而繪制由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。 (6)繪制應(yīng)變規(guī)拆除前的應(yīng)變規(guī)記錄的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線(xiàn)，并測(cè)量引伸計(jì)拆除時(shí)的應(yīng)力σ。、對(duì)應(yīng)的非比例伸長(zhǎng)率Atl以及對(duì)應(yīng)的總伸長(zhǎng)率Attl ； (7)在由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中找到應(yīng)力為σ。的點(diǎn)，也就是拆除引伸計(jì)時(shí)的點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的總應(yīng)變?yōu)镾tl，則該點(diǎn)坐標(biāo)為(￡(|，％);同時(shí)，在由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中找到鋁單絲斷裂時(shí)的點(diǎn)，坐標(biāo)為(eu，ou);將由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中從拆除引伸計(jì)到單絲鋁線(xiàn)斷裂的所有點(diǎn)，即總應(yīng)變?cè)赹?^范圍內(nèi)的所有點(diǎn)均沿應(yīng)變軸負(fù)向平移％，然后將平移后的這段曲線(xiàn)上所有點(diǎn)的橫坐標(biāo)同時(shí)乘以(A-Atl)/(ε U- ε ο)； (8)將由夾頭位移確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中平移和縮放后的曲線(xiàn)段再向應(yīng)變軸正向平移Attl,曲線(xiàn)段上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)變?yōu)?Attl+ ( ε - ε。).(A-A0) /( ε u- ε。)，σ )。將平移后的曲線(xiàn)段與由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)合并，從而使得平移后的曲線(xiàn)段與由應(yīng)變規(guī)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)首尾相連，組成了最終的完整拉伸曲線(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法，其特征在于:步驟(I)中使用記號(hào)筆對(duì)鋁單絲進(jìn)行標(biāo)記。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)確反映鋁單絲拉伸性能的拉伸曲線(xiàn)擬合方法，其特征在于:步驟(3)中，當(dāng)應(yīng)變規(guī)的應(yīng)變值為2.5-5%時(shí)，拆除引伸記。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK104344994SQ201310328918
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】段啟強(qiáng), 張哲峰, 吳細(xì)毛, 李春和, 張廣平, 王建東, 王飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司