GB∕T 32967.1-2016
基本信息
标准号:
GB∕T 32967.1-2016
中文名称:金属材料高应变速率扭转试验 第1部分:室温试验方法
标准类别:国家标准(GB)
标准状态:现行
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金属材料
应变
速率
扭转
试验
室温
方法
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出版信息
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标准简介
GB∕T 32967.1-2016 金属材料高应变速率扭转试验 第1部分:室温试验方法
GB∕T32967.1-2016
标准压缩包解压密码:www.bzxz.net
标准内容
ICS77.040.10
中华人民共和国国家标雅
GB/T32967.1—2016
金属材料
高应变速率扭转试验
第1部分:室温试验方法
Metallic materials-Torsional test method at high strain rates-Part1:Method oftest at roomtemperature2016-08-29发布
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
2017-07-01实施
规范性引用文件
术语和定义
符号及说明
试验原理
试验设备
试验程序
试验数据处理
试验结果有效性评估·
11试验报告
附录A(规范性附录)分离式霍普金森扭杆附录B(规范性附录)
数据测试系统
附录C(资料性附录)人射波、反射波和透射波起点的确定方法附录D(资料性附录)
分离式霍普金森扭转试验方法数据处理公式附录E(资料性附录)金属材料高应变速率室温扭转试验示例GB/T32967.1—2016
GB/T32967.1—2016
《金属材料高应变速率扭转试验》和GB/T30069.1《金属材料高高应变速率拉伸试验
第1部
分:弹性杆型系统》与GB/T30069.2《金属材料高应变速率拉伸试验
拉第2部分:液压伺服与其他试
验系统》共同构成了评价材料不同应力状态下和应变速率条件下材料性能的试验方法GB/T32967《金属材料高应变速率扭转试验》拟分为若干部分,本部分为第1部分本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草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:中国工程物理研究院总体工程研究所、钢研纳克检测技术有限公司、太原理工大学、中国科技大学、西北工业大学本部分主要起草人:徐伟芳、高怡斐、胡文军、陈刚、赵隆茂、胡时胜、郭伟国。GB/T32967.1—2016
冲压成型、高速切削和汽车碰撞等结构冲击过程中,结构中的金属材料不仅应力状态复杂,而且变形速率较高。在复杂的应力状态下,金属材料易发生剪切变形和失效,其剪切应力-剪切应变曲线等剪切力学性能是金属结构设计和制造等中的关键材料参数,也是采用有限元等数值方法对金属结构进行分析和评估不可缺少的基本数据。许多金属材料的剪切力学性能如屈服强度,流动应力,失效应变等力学特性表现出应变速率或应变率的相关性。此时的应变速率高达10°s-1,远高于GB/T10128试验方法中的应变速率(10-4s-1~10-\s1)。因此通过高应变速率扭转试验方法获得金属材料高应变速率下的剪切力学特性对于金属结构的设计、优化、加工和评估等方面具有非常重要的意义。霍普金森试验技术是研究材料在中高应变速率(≥10S1)下力学性能的主要试验方法,其核心思想是波导杆中传播的弹性应力波同时承担加载和测试功能,根据波导杆中应力波传播的信息求解波导杆与试样端面的应力-位移-时间关系,从而得到试样的应力-应变关系;通过设计加载脉宽,使试样在变形过程中处于一种局部动平衡状态,从而使试样的变形分析无需考虑波动效应,将应力波效应与应变速率效应成功解耦。金属材料在应变速率范围为10-3s-1~10°s-1时的力学性能可采用液压式或机械式试验机进行测试。
1范围
金属材料高应变速率扭转试验
第1部分:室温试验方法
GB/T32967.1—2016
GB/T32967的本部分规定了采用分离式霍普金森扭杆对金属材料开展高应变速率扭转试验的术语和定义、符号、试验原理、试验设备、试样、试验程序、试验数据处理、试验结果有效性评估和试验报告等内容。
本部分适用于室温下对金属材料在应变速率范围为10°s-1~10*s-1时剪切应力-剪切应变曲线等力学性能的测定。
注:其他类型可施加高应变速率剪切加载的试验参照执行。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,仅注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(包括所有修改单)适用于本文件。一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差GB/T1804
GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备GB/T 10128
GB/T10623
GB/T13992
金属材料室温扭转试验方法
金属材料力学性能试验术语
金属粘贴式电阻应变计
GB/T30069.1金属材料高应变速率拉伸试验第1部分:弹性杆型系统JG623电阻应变仪
3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。3.1
应力波
stresswave
应力扰动在介质中的传播形式。3.2
弹性应力波
elastic stress wave
在弹性介质中传播的应力波。
弹性剪切波
elastic shearwave
在介质中传播剪切应力的弹性应力波,其质点运动方向与波传播方向垂直。3.4
波阵面waveinterface
应力扰动区域与未扰动区域之间的界面。1
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弹性剪切波速
wave velocity
弹性剪切波波阵面的传播速度。3.6
分离式霍普金森杆
split Hopkinson bar
利用弹性应力波对两长杆之间的试样进行加载并测试其材料动态力学性能的装置。长杆称为波导杆,分为输人杆和输出杆。
分离式霍普金森扭杆
torsional splitHopkinson bar利用弹性剪切波测试材料在高应变速率下的剪切应力-剪切应变曲线等力学性能的分离式霍普金森杆。
入射波
incident wave
在输入杆中产生且向试样传播的弹性应力波。3.9
reflected wave
反射波
由试样-输人杆界面反射回输人杆的弹性应力波。3.10
透射波
transmitted wave
由试样-输出杆界面透射到输出杆的弹性应力波3.11
平均工程塑性应变速率
averageengineeringplastic strainrate工程塑性应变速率历程的平均值。3.12
试样的薄壁段长度。
符号及说明
本部分使用的符号及其说明见表1。表1符号和说明
霍普金森扭杆
输人杆中应变计离试样端的距离输出杆中应变计离试样端的距离波导杆中的弹性剪切波波速
波导杆的密度
LELnLT
nivm2vn3
表1(续)
波导杆的直径和半径
波导杆长度
波导杆的剪切模量
储能段、输入杆和输出杆的长度储能段施加扭矩的最大值
波导杆的极惯性矩
波导杆材料的剪切屈服强度
试样的密度
试样的剪切模量
圆形法兰直径
正六边形法兰的内接圆直径
薄壁段内径
薄壁段外径
总长度
法兰长度
薄壁段中面的半径
薄壁段厚度
薄壁段过渡圆弧半径
剪切应变速率
试样材料的弹性剪切波速
试验材料的力学性能参数
平均工程塑性应变速率
工程剪切应变
工程剪切应力
应变测试系统
第j通道的应变标定时的电压值,j=1,2.n第通道测试信号的电压j=1,2,,\桥压
测试信号
人射波、反射波、透射波起点对应的数据点序号人射波的脉冲宽度
应力波作用时间
工程剪切应力-时间曲线中屈服强度对应的时刻采样时间间隔
人射波上升沿时间长度
时间变量
GB/T32967.1—2016
GB/T32967.1—2016
EIERET
表1(续)
弹性剪切波产生的工程弹性应变第通道的应变测量值,j=1,2,*,n2分别由人射波、反射波和透射波产生的工程弹性应变单位
注:在数据处理过程中,剪切应变速率和平均工程塑性应变速率的单位为IS-;在结果表述时,宜将其单位换算成为8-1
5试验原理
在室温条件下,使用分离式霍普金森扭杆通过一定方式在输人杆中产生剪切应力波,向试样传播对其进行加载,并在试样两端产生反射和透射(见图1),分别在输人杆和输出杆中形成反射波和透射波:根据一维应力波理论,利用应变计测得的人射波、反射波和透射波信号(见图2)获得试样的应力和应变历程[式(1)一式(3),进而得到在特定应变速率下的剪切应力-剪切应变曲线等剪切力学性能。Y()
[E(t)+ER()ET(t)]
2r·Ch
[()+ER()ET(E)Jds
式中:
C=VG/pm
su/回期
说明:
输人杆:
应变计:
试样;
输出杆。
Gh·ri
[EI()-ER(t)+ET()
距高/mm
图1分离式霍普金森扭杆的测试原理示意图....1
(2)
·(3)
6试验设备
设备组成
时间/ms
高应变速率扭转试验的典型原始波形图GB/T32967.1—2016
金属材料高应变速率扭转试验系统主要由分离式霍普金森扭杆和数据测试系统组成,如图3所示。10
说明:
静态扭矩加载装置;
储能段;
应变计:
夹具;
输人杆;
安装支座;
试样;
输出杆:
安装平台;
数据采集与存储装置:
动态应变仪。
金属材料高应变速率扭转试验系统示意图5
GB/T32967.1—2016
分离式霍普金森扭杆
分离式霍普金森扭杆主要由静态扭矩加载装置、储能段、夹具、输人杆、安装支座、输出杆等几部分组成(见图3),且应满足附录A的要求。6.3
数据测试系统
数据测试系统主要由应变计、动态应变仪、数据采集与存储装置及其连接的导线等几部分组成(见图3),用于测试和记录试验过程中的静态扭矩、波导杆上的入射波、反射波和透射波信号,应满足附录B的要求。
7试样
7.1试样形状、尺寸
7.1.1试样为短的薄壁圆管,且两端带有与波导杆匹配的法兰(见图4)。图4中的圆柱形法兰试样和六边形法兰试样分别通过粘接方式和机械方式与波导杆连接。试样的几何尺寸应满足以下要求:试样薄壁段的径厚比应满足式(4)的要求:a
式中:
试样的标距应满足式(5)的要求,且宜不小于2.5mm。b)
式中:www.bzxz.net
c)薄壁段过渡圆弧半径应足够小,使得薄壁段的整体长度可认作原始标距..(4
(5)
d)d1、d2~L。的尺寸公差应不大于Js9级;垂直度n、同轴度b、平行度p应不大于8级;未注尺寸公差应为GB/T1804-m。
单位为毫米
圆柱形法兰试样
b)六边形法兰试样
图4试样几何形状
一般采用波导杆直径为25mm的试验系统,对应试样的推荐尺寸见表2。表2推荐试样尺寸
7.2试样制备
7.2.1样坏切取
应按照相关产品标准或GB/T2975的要求切取样坏。7.2.2
试样制作
试样制作应满足7.1的要求。
7.3试样尺寸测量
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单位为毫米
应测试并记录试样尺寸,测试时,按照下列要求选用测量装置,且测量装置应定期进行校准,a)薄壁段中面半径
通过测量获得薄壁段的内径和外径,并利用式(6)计算得到薄壁段中面半径。薄壁段内径和外径测量时,测量装置分辨力应优于0.02mm。di+d?
薄壁段长度测量,测量装置分辨力应优于0.02mm。b)
薄壁段厚度测量,测量装置分辨力应优于0.002mm。8试验程序
试验条件
.(6)
除非另有规定,试验一般在室温10℃~35℃范围内进行。对温度要求严格的试验,试验温度应为23℃±5℃。
波导杆状态检测
根据附录A.5.4的方法检测波导杆的同轴度8.3试样安装
试样与波导杆同轴相连,且加载过程中试样的法兰与其相连的波导杆之间不能相对移动,载荷施加
对储能段施加扭矩到预定值,然后瞬时释放夹具以产生人射波。8.5测量与记录
应测量并记录以下信息:
a)波导杆尺寸、剪切波速和剪切模量;7
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应变计尺寸、灵敏系数和电阻值等参数及其在波导杆中的位置;b)
数据测试系统的状态,包括测试电路、应变的标定值;c)
输入杆储能段的预加剪切应变;d)
原始波形。
9试验数据处理
波导杆中的应变
波导杆中的应变按式(7)计算:s, (t)=|U,(t)/Uo, (t)
9.2波形处理
9.2.1波形基线的确定
·(7)
当采用对称贴片时,应分别取对称应变计测试信号的平均值作为数据处理时的入射波、反射波和透射波。
取入射波起点前平直段数据的平均值作为人射波和反射波的波形基线值;取透射波起点前平直段数据的平均值作为透射波的波形基线值。数据处理时,应使人射波、反射波和透射波的波形基线归零。9.2.2波形起点的确定
根据入射波、反射波和透射波的波形,确定对应的波形起点。所确定的起点应在对应波形的基线上且靠近波形的起跳点,推荐采用附录C中的方法确定入射波、反射波和透射波的起点。9.2.3对齐波形起点
移动入射波、反射波和透射波,使其起点位于相同的时刻,并以此时刻作为数据处理中的起始时刻。起点对齐后的人射波、反射波和透射波应满足均匀化假设,即满足式(8):EI-ER=E
9.2.4应力波作用时间T的确定
宜以波形进人下降沿前的最后一个极大值点作为人射波的末点,确定应力波的作用时间T,并以此作为数据处理的结束时刻,如在工程剪切应变计算式(2)或式(D.7)中,设定t=T。9.3工程剪切应变速率
工程剪切应变速率的计算公式参见附录D,推荐采用式(D.2)。9.4工程剪切应变
工程剪切应变的计算公式参见附录D,推荐采用式(D.3)。9.5工程剪切应力
工程剪切应力的计算公式参见附录D,推荐采用式(D.4)9.6工程剪切应力-剪切应变曲线利用9.5的工程剪切应力和9.4的工程剪切应变,获得工程剪切应力-剪切应变曲线。8
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