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拉伸強(qiáng)度下的應(yīng)變檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-17 15:12:43 更新時(shí)間：2025-08-16 15:12:43

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

拉伸強(qiáng)度下的應(yīng)變檢測：原理、方法與標(biāo)準(zhǔn)解析

拉伸強(qiáng)度下的應(yīng)變檢測是材料力學(xué)性能評估中的核心環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于金屬、高分子材料、復(fù)合材料、橡膠以及生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域。在實(shí)際工程應(yīng)用中，材料在承受拉伸載荷時(shí)的變形行為直接決定了其服役安全性和使用壽命。應(yīng)變作為材料在受力過程中產(chǎn)生的相對形變量，是衡量材料彈性與塑性性能的關(guān)鍵參數(shù)。通過精確測量拉伸過程中的應(yīng)變變化，不僅可以評估材料的屈服強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率等力學(xué)指標(biāo)，還能深入揭示材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)演變機(jī)制和失效模式。因此，應(yīng)變檢測不僅是材料研發(fā)、質(zhì)量控制和產(chǎn)品認(rèn)證的重要依據(jù)，也是結(jié)構(gòu)安全分析與壽命預(yù)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。隨著現(xiàn)代工業(yè)對材料性能要求的不斷提高，高精度、高穩(wěn)定性的應(yīng)變檢測技術(shù)不斷進(jìn)步，從傳統(tǒng)的機(jī)械式引伸計(jì)到先進(jìn)的數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC），從靜態(tài)單點(diǎn)測量到全場動(dòng)態(tài)監(jiān)測，檢測手段日益多樣化與智能化。本文將圍繞拉伸強(qiáng)度下應(yīng)變檢測所涉及的關(guān)鍵要素——檢測項(xiàng)目、檢測儀器、檢測方法及檢測標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行全面而深入的闡述，為材料測試研究人員和工程技術(shù)人員提供科學(xué)參考與實(shí)踐指導(dǎo)。

主要檢測項(xiàng)目

在拉伸強(qiáng)度測試中，應(yīng)變檢測的主要項(xiàng)目包括：彈性應(yīng)變、塑性應(yīng)變、屈服應(yīng)變、斷裂應(yīng)變以及應(yīng)變率響應(yīng)。彈性應(yīng)變是指材料在彈性限度內(nèi)因外力作用產(chǎn)生的可逆形變，是計(jì)算彈性模量的重要依據(jù)；塑性應(yīng)變則反映材料在屈服后不可恢復(fù)的永久變形能力，直接關(guān)聯(lián)材料的延展性；屈服應(yīng)變用于判定材料從彈性階段向塑性階段過渡的臨界點(diǎn)；斷裂應(yīng)變用于評估材料的斷裂韌性與延展性，是衡量材料抗斷裂性能的重要指標(biāo)。此外，應(yīng)變率（單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)變變化量）也是關(guān)鍵檢測參數(shù)，尤其在動(dòng)態(tài)拉伸或沖擊測試中，應(yīng)變率對材料的力學(xué)響應(yīng)影響顯著，需特別關(guān)注。

常用檢測儀器

目前用于拉伸強(qiáng)度下應(yīng)變檢測的儀器種類多樣，主要包括以下幾類：

機(jī)械式引伸計(jì)：通過夾持在試樣表面的機(jī)械探頭測量兩點(diǎn)間的位移變化，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，適用于常規(guī)靜態(tài)拉伸測試，但對試樣表面平整度和夾持精度要求較高。
電測式應(yīng)變片：利用貼附在試樣表面的金屬箔或半導(dǎo)體應(yīng)變片，通過測量電阻變化實(shí)現(xiàn)應(yīng)變檢測。該方法靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)微應(yīng)變級別的測量，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)在線監(jiān)測，但安裝復(fù)雜，易受溫度和振動(dòng)干擾。
光學(xué)引伸計(jì)與數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）：基于高分辨率相機(jī)對試樣表面隨機(jī)散斑圖案進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像捕捉，通過算法計(jì)算全場應(yīng)變分布。DIC技術(shù)無需接觸試樣，可實(shí)現(xiàn)非接觸、全場、高精度應(yīng)變測量，特別適用于不規(guī)則試樣、大變形或動(dòng)態(tài)載荷下的應(yīng)變分析。
激光位移傳感器：利用激光束反射測量試樣表面位移，適用于長程、高速應(yīng)變監(jiān)測，常用于大型構(gòu)件或高速拉伸實(shí)驗(yàn)中。

主要檢測方法

應(yīng)變檢測方法根據(jù)測試條件和精度需求可分為以下幾種：

單點(diǎn)應(yīng)變測量法：使用引伸計(jì)或應(yīng)變片在試樣標(biāo)距段內(nèi)固定位置測量應(yīng)變，適用于標(biāo)準(zhǔn)試樣和常規(guī)拉伸試驗(yàn)，數(shù)據(jù)直觀，但僅能反映局部應(yīng)變，無法捕捉應(yīng)變梯度。
全場應(yīng)變測量法（DIC技術(shù)）：通過采集多個(gè)時(shí)刻的圖像序列，利用圖像匹配算法計(jì)算出試樣表面的位移場與應(yīng)變場，可實(shí)現(xiàn)從彈性到斷裂全過程的全場應(yīng)變分布分析，尤其適用于非均勻變形、頸縮現(xiàn)象研究。
動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量法：結(jié)合高速攝像設(shè)備與應(yīng)變片或DIC系統(tǒng)，用于研究材料在高應(yīng)變率下的力學(xué)響應(yīng)，如撞擊、爆炸或快速加載場景下的應(yīng)變演化行為。

相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)

為確保拉伸強(qiáng)度下應(yīng)變檢測結(jié)果的可比性與權(quán)威性，國內(nèi)外已制定一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，主要包括：

ISO 6892-1:2019《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》：規(guī)定了金屬材料在室溫下的拉伸試驗(yàn)程序，包括試樣制備、夾持方式、引伸計(jì)使用要求及應(yīng)變計(jì)算方法。
ASTM E8/E8M-23《Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials》：美國材料與試驗(yàn)協(xié)會發(fā)布的金屬材料拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)說明了應(yīng)變測量的儀器選擇、校準(zhǔn)要求和數(shù)據(jù)記錄規(guī)范。
GB/T 228.1-2021《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》：中國國家標(biāo)準(zhǔn)，等效采用ISO 6892-1，對引伸計(jì)的精度等級、校準(zhǔn)周期、標(biāo)距長度等作出明確規(guī)定。
ISO 13586:2016《Plastics — Determination of tensile properties — Part 1: General principles》：適用于塑料材料的拉伸性能測試，涵蓋應(yīng)變測量方法與儀器使用規(guī)范。

在實(shí)際檢測過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，確保試樣制備、加載速率、環(huán)境條件及數(shù)據(jù)處理的一致性，以獲得真實(shí)、可靠的應(yīng)變數(shù)據(jù)。同時(shí)，對檢測儀器應(yīng)定期進(jìn)行校準(zhǔn)與驗(yàn)證，確保其測量精度在允許誤差范圍內(nèi)。