ICS 77.040.10 H 22
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T30069.1-—2013
金属材料高应变速率拉伸试验
第1部分：弹性杆型系统
Metallic materials-Tensile testing at high strain rates-
Part 1: Elastic-bar-type systems
（ISO26203-1:2010，MOD)
2013-12-17发布
2014-09-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T30069.1—2013
目 次
前言引言范围
1 2 规范性引用文件
试验原理术语和定义符号及说明试验设备
3 4
5
6
7 试样
装置的标定试验程序
6
X
o
10试验结果有效性评估 11试验报告附录A（资料性附录）准静态拉伸试验方法附录B（资料性附录）单杆法示例附录C（资料性附录） 分离式霍布金森撞杆法（SHB)示例附录D（资料性附录）仪器化冲击拉伸法（IIT)示例参考文献
10
主
12
14
20 26
31 GB/T30069.1—2013
前 言
GB/T30069≤金属材料高应变速率拉伸试验》分为2个部分：
第1部分：弹性杆型系统；第2部分：液压伺服与其他试验系统。
本部分为GB/T30069的第1部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分使用重新起草法修改采用IS026203-1:2010《金属材料 高应变速率拉伸试验 第1部分：
弹性杆型系统》。
本部分与ISO26203-1：2010的技术性差异及其原因如下：
关于规范性引用文件，本部分做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，情况集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：用修改采用国际标准的GB/T228.1代替了ISO6892-1（见第1章和7.1）；
.
：增加引用了GB/T10623《金属材料力学性能试验术语》（见第4章）； .
增加了资料性附录D"仪器化冲击拉伸法（IIT)示例”；本部分做了下列编辑性修改：
用“本标准”代替“本国际标准”；删除了国际标准的前言；删除了参考文献[17]。
一
本部分由中国钢铁工业协会提出。 本部分由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本部分起草单位：宝山钢铁股份有限公司、上海电气电站设备有限公司、深圳万测试验设备有限公
司、武汉钢铁（集团)公司研究院、钢铁研究总院。
本部分主要起草人：方健、周冶东、李荣锋、朱月梅、安建平、高怡斐、乐金涛、
II GB/T30069.1—2013
引言
金属板材高应变速率拉伸试验对于车辆碰撞可靠性分析而言非常重要。在碰撞发生时最大的应变速率经常可达到10"s-1，在此情形下材料的强度将显著高于准静态加载时的性能指标。医此表征材料应变速率敏感性的输人参数是否准确将直接影响到碰撞模拟的可靠程度
尽管已有多种高应变速率试验方法，但对于以下三个问题依然需要有效的解决方法。 1）有关力测量信号的噪声
试验力通常由测力装置上的测量点探测，而测量装置与试样往往间隔一定的距离。 -·此外，已通过测量点的弹性波到达测力装置端部时会反射折回。如果试验时间与应力波通过
测量装置的传播时间相当的话，应力-应变曲线将因直达波与间接波的叠加而发生严重的振荡。与此不同的是，在准静态试验中试验时间足够长已至数倍于弹性波往返的时间因而在测力装置任何部位的力信号已达到饱和与平衡态。
针对上述问题有以下两个截然不同的解决方法： a)1 使用较短的测力装置以利于较快的达到平衡态。液压伺服型系统经常采用这一方法。 b） 使用较长的测力装置，当力反射波到达测量点时试验已经完成。弹性杆型系统即基于这种
方法。
2）4 针对位移或试样伸长快速准确的测量方法
常规引伸计因存在较大的惯性效应而不适用。非接触式测量方法如光学及激光装置可应用于高应变速率拉伸。利用根据弹性波传播理论合理设计的装置测量位移也是可行的：法，如在本标准中讨论的一些例子。
杆端位移可利用相同的测力数据经简单计算获得，比如在杆的特定位置记录应变随时间的变
化过程。因此，在弹性杆型系统中不需要评估设备的刚度。 3） 沿试样力分布的不均勾性在准静态试验中，推荐使用具有较长平行部位与较大过渡弧的试样以利于标距部位达到均匀的单
轴应力状态。在动态试验中因满足有效试验所需的力平衡条件，试样设计有别于典型的准青态试样。 与准静态试验相比，动态试样通常在其平行于加载轴线方向上的尺寸设计得较小。
弹性杆型系统为解决上述试验问题提供了有效的解决方法，广泛应用于高达10"s-1应变速率区间并能获得准确的应力-应变曲线。国际钢铁协会（InternatioalIronandSteelInstitute，IISI)基于各类实验室间的比对试验发布了“钢板动态拉伸试验推荐方法”。比对试验结果表明应用弹性杆型系统可获得高质量的数据结果。
IV GB/T30069.1—2013
金属材料高应变速率拉伸试验
第1部分：弹性杆型系统
1范围
GB/T30069的本部分规定了高应变速率条件下采用弹性杆型系统测定金属板材应力-应变特征的试验方法。
基于实验及数值计算，如碰撞有限元模拟（FEA)表明，处于10-3s"1～103s范围内的应变速率与车辆碰撞事故密切相关。
为准确评价车辆耐碰撞性能，在高于103s"应变速率条件下得到金属材料可靠的应力-应变特征尤为关键。
本部分适用于高于10s-1应变速率范围的拉伸试验方法。 注1：当应变速率低于10-1s-1时，可使用GB/T16825.1规定的准静态拉伸试验机="。应变速率低于0.0067s-
时，直接采用GB/T228.1方法试验；应变速率在0.0067s=1～0.1s-1范围内，可参考GB/T228.1方法试验。 注2：除本部分规定的矩形横截面试样外，本部分同样可应用于其他几何尺寸的拉伸试样。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仪注明日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修订单）适用于本文件。
GB/T228.1-·2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法（GB/T228.1一2010，ISO 6892-1:2009,MOD)
GB/T10623金属材料力学性能试验术语（GB/T10623—2008，ISO23718:2007，MOD）
3试验原理
本部分用来评价金属材料在高应变速率条件下的应力-应变特征。 低应变速率（低于10-1s-1）试验可利用准静态拉伸试验机开展。然而，当利用此类试验机实施较
常规应变速率高的试验时须特别加以关注。本部分须使用高应变速率试验方法规定的试样，附录A提供了此类试验的详细程序。
当应变速率高于10s""时，准静态试验使用的力传感器由于波的多次反射将对力值信号造成严重干扰。因此需采用特殊的力值测量技术，可通过以下两类不同的方法加以实现：
一种是在加载方向上加长力测量装置，以实现当弹性波从另一端折返时力值测量已经结束，如附录 B与附录C;
另一种方法是缩短力测量装置，即减少力测量装置达到动态平衡所需要的时间以及实现较高的固有频率，如附录D。
4术语和定义
GB/T10623界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
1 GB/T30069.1—2013
4.1
弹性杆型系统 elastic-bar-typesystem 在轴线方向上安装有加长的力测量装置的试验系统，可避免由设备端部折回的反射波影响力值的
测量。
注：“弹性杆型系统”名称源于此类系统通常采用较长的弹性杆作为力测量装置。
5 符号及说明
符号及说明见表1。
表 1 符号及说明
符号
单位
说明
试样
板状试样的原始厚度板状试样平行长度的原始宽度试样夹持部分的宽度原始标距长度［见7.1e)］平行长度包括平行长度与肩部的试样总长断后标距长度肩部过渡弧半径平行长度原始横截面积弹性杆横截面积
as bo bs Lo L. L total L. r S. S:
mm mm mm mm mm mm mm mm mm2 mm
时间
时间
<
伸长
A A.
% %
断后伸长率* 某平均应变速率时的指定伸长率上限
位移
弹性波的位移原始标距长度一端的位移原始标距长度另一端的位移 t时刻弹性杆一端的位移
u ui u2 ug(t)
mm mm mm mm
应变
工程应变达到平衡态前期望的工程应变弹性应变弹性杆末端的弹性应变(见附录B)
e es E EB
2 GB/T30069.1-2013
表1(续）
符号 Eg
单位
说明
C截面处的弹性应变（见附录B)
应变速率
工程应变速率平均工程应变速率
.2
8~/ 8~/
力
F Fm
N N
力最大力
应力
R R.. R.
MPa MPa MPa
.工程应力抗拉强度规定总延伸强度
弹性模量
E E.
MPa MPa
弹性模量杆的弹性模量
波速
弹性杆中波的传播速度
mm · s-1 mm·s-! 弹性波在试样中的传播速度
Ca c
速度
冲击块的速度（见附录B) 杆中任一位置的质点速度（见附录C) 输入质点速度（见附录C) 反射质点速度（见附录C) 透射质点速度（见附录C)
VA(t) 7 U; U: V, 对于非比例试样，可对符号A加下标注明原始标距的长度（单位：mm），例如A20mm表示原始标距长度L。 20mm试样的断后伸长率。
mm * s=1 mm * s mm ·s mm · s=1 mm · s=1
6 试验设备
6.1 弹性杆
应用弹性长杆时，试验需在弹性波由试样另一边的杆端位置处折返前完成。因此，力值的测量可不受反射波的干扰。单杆(One-Bar)试验机与分离式霍布金森杆(SHB)试验机通常被用来实施此类方法（参见附录B与附录C)。 6.2输入装置
开环型加载通常被用做载荷输人的方法。加载输入的上限约为20m·s-1。对于SHB试验机，可
3 GB/T30069.1—2013
采用撞管或撞杆作为加载输入。而对于单杆试验机，通常采用锤击的方式
6.3夹持方式
夹持方式（试样与弹性杆的连接方法)直接影响数据的质量（见附录B与附录C）。 SHB与单杆试验机的夹持装置直接装配在弹性杆上。夹持装置应采用与弹性杆相同些材料与直
径以保证应力波在加载传导过程中的阻抗最低。若采用的材料或尺寸不同时，后续处理应大与应变结果时需采用恰当的方法。 6.4力值测量装置
采用适宜的短标距应变片测量力值，如2mm标距，应变片粘贴在与试样直接相连的弹性杆上。 应变片粘贴的位置需避免顶端效应的影响。为确保测量到一维弹性波，应变片粘贴处距离杆的末
端需至少5倍于杆的直径（见附录B与附录C)。
注：本方法测量的应变速率通常高于10°s-"。由于需采用数十米长的撞杆来实现低于10"s-"的应变逐率，因而不
具备实际可操作性，为确保应力-应变曲线的有效性，弹性杆的平直性非常重要。为实现这一目标，对弹性杆采用恰当
的支撑与导向非常关键。 6.5位移测量装置
拉伸试验中的应变通常采用标距部分两点相对位移的比值来表示，如试样的原始与结束时的标距长度。在准静态试验中，一般采用在试样标距部分加装引伸计的方法可获得准确的应变结果，然而在高应变速率试验中，由于伸计的惯性效应影响而无法采用这种方法，此时，应采用非接触型装置或弹性杆上的应变片来测量位移或试样伸长
6.5.1、6.5.2和6.5.3说明了在弹性杆型系统中可用于测量位移的装置。使用这些装置日；，建议应
变速率条件达到103S左右，且位移测量需在试验过程中全程记录。这些装置可组合使用，如，当组合使用6.5.1与6.5.3装置时，原始标距长度（L。）一端的位移可使用非接触型位移计（6.5.1）量，而另一端可使用粘贴在杆表面上的应变片测量（6.5.3）。
6.5.1非接触型位移计
使用激光、光学或类似的装置测量原始标距长度（L。）一端的位移。 使用2个6.5.1类型装置或1个6.5.1与1个6.5.3类型装置时，可测量图1中Ltotal（第7章A型试
样）随时间的变化及计算相应的伸长。 6.5.2非接触式引伸计
使用高速摄像机、多普勒或激光引伸计以及其他非接触系统可测量图2中Lc（第7章B！试样)的变化。 6.5.3应变片
应使用式(1)并基于粘贴在弹性杆上的应变片所测量的应变过程记录计算得到弹性杆末端随时间的位移变化。
ug(t) = co Eg(t)di
. ....(1)
式中： u（t）一弹性杆末端在某时刻t的位移；
4