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QC中华人民共和国汽车行业标准QC/T—汽车钢板高应变率冲击拉伸试验方法200--发布200-实施国家发展和改革委员会发布QC/T-2006Ⅰ前言标准从200年月日起实施。标准提出单位：标准归口单位：本标准起草单位：上海汇众汽车制造有限公司、上海大学。本标准主要起草人：张梅、韦习成、万紫、孙保良、王英姿。本标准为首次发布。QC/T-20061汽车钢板高应变率冲击拉伸试验方法1范围本标准规定了汽车用钢板常温下的高应变率冲击拉伸试验的术语和定义、试验原理和试验方法、试样、试验结果处理、试验报告及推荐的试验装置。本标准适用的汽车钢板厚度为0.8mm～1.8mm，冲击拉伸试验的应变率范围为100/s～2000/s。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，但鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T228-2002金属拉伸试验方法GB/T2790-1995胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料GB/T2975-1998钢及其钢产品材料力学性能试验取样位置及试验制备GB/T8170-1987数值修约规则GB/T10623-1989金属力学性能试验术语3术语和定义除按GB/T10623-1989定义的术语外，本标准还采用以下定义：3.1一维弹性应力波：是指应力波在均匀截面的传导介质（杆和试样中传播时始终保持为平面，忽略杆和试样中质点的横向惯性效应，并且满足0//=∂∂=∂∂zzzzεσ，其中z为试样的轴线方向，即忽略试样中质点的纵向惯性效应时的弹性应力波。3.2应变率：是指试样在整个变形时间内的平均变形速率，即变形量/变形时间，单位：1/s。3.3高应变率：是相对于静态时的应变率（＜10-5/s、准静态时的应变率（10-5/s～10-1/s）、中应变率（10-1/s～100/s）和超高应变率（＞104/s）而言，其范围在102/s～103/s。4试验原理和试验方法采用一维弹性应力波原理和分离式Hopkinson拉杆实验方法，利用各种加载方式产生的、满QC/T-20062足一维弹性应力波条件的拉伸应力脉冲，对钢板试样进行一次冲击拉伸测量高应变率下的冲击拉伸性能。在选择加载试验方法时，试验装置应满足如下前提或假设：(1)、试验过程中，输入、输出杆始终处于弹性变形状态。(2)、在弹性工作范围内，输入、输出杆材料的物理、几何和力学性质匹配且与所经历的应变率无关。(3)、入射波波长远大于输入、输出杆直径，保证一维弹性应力波传播理论的成立，即忽略横向和纵向惯性效应的影响。推荐采用气动式间接杆杆型冲击拉伸试验装置测量钢板的高应变率冲击拉伸性能。5试样5.1试样的形状：推荐的试样形状为扁平哑铃状。推荐的试样形状和尺寸如图1所示。R2.5426.586114单位：mmδ注：试样厚度依待测材料厚度而定图1冲击拉伸试样形状及尺寸5.2试样的尺寸：基于在保证高应变率冲击拉伸过程中在试样中传播的应力波满足一维弹性应力波原理有效，试样长宽比推荐：l/h≥1.60，以获得稳定、可靠的高应变率冲击拉伸试验数据。5.3试样的取样：按GB/T2975－1998执行。根据钢板的轧制方向和性能检测要求，可沿横向、纵向或45°裁切，在同方向和位置至少裁取12片试样，保证在相同应变率下的冲击拉伸试验至少有三个有效数据，并且获得不同应变率下的冲击拉伸性能。5.4试样的制备方法：试样切割要避免在试样表面产生加工硬化或过热等而造成钢板在高应变率QC/T-20063冲击拉伸下的性能测试误差，保证试样尺寸和拉伸段圆弧曲率的尺寸准确性。5.5试样的加工质量：在加工过程中应首先确保试样的对称，尺寸公差控制在±0.01mm以内，加工表面粗糙度Ra不大于1.6μm。6试验6.1试验的环境温度：20°C±5°C，以保证试验结果的重现性和可比性。6.2试样的尺寸测量：测量试样有效拉伸段尺寸并做好详细记录，以备后续性能参数及应力应变曲线计算之用。测量工具的最小分度值不大于0.01mm。6.3试样和连接头的清洗：连接试样前，试样和与试样相连的输入、输出杆的连接部位用有机溶剂（无水乙醇或丙酮）清洗、除油。6.4试样的连接：如图1所示的钢板试样的高应变率冲击拉伸试验的试样与输入、输出杆连接推荐采用胶连接方式。连接时应确保试样与输入、输出杆岔口无间隙，避免因连接面涂胶不均匀产生空洞和缺陷，导致一维弹性应力波通过试样时在连接面的散射和衰减，影响试验结果的可靠性。6.5连接胶的调配和涂覆：按GB/T2790-1995标准选择连接用胶，金属与金属连接的剪切强度不小于20MPa，按使用说明调配一定量的胶均匀涂抹在试样和输入、输出杆的连接部分，保证试样拉伸段的两端与输入、输出杆的右端和左端对齐，并保证三者轴线一致。连结好的试样在室温下保持所选胶建议的固化时间。6.6设备的检查：根据冲击拉伸设备的加载方式，检查设备加载单元、信号接收和放大单元和显示记录单元各参数的正确性和灵敏性。采用手动触发模式检查信号接收和放大单元和显示记录单元的响应，校准记录的波形参数与设定参数一致，随后将仪器触发模式回复到触发状态。6.7加载试验：根据所选设备条件将载荷加力至与试验所需的应变率相对应的数值，释放载荷单元体打击挡块，获得具有一定宽度和高度的一维弹性应力波。6.8一维弹性应力波的显示、记录和存储：加载试验时，在显示记录单元的屏幕上显示出试验获得的两组波，一组呈方波形状的入射波和反射波，一组与应力应变曲线形状类似的透射波。波形以数字文件形式储存于软盘或直接存储于连接的计算机。7试验结果处理7.1将波形存储器记录的输入、输出波和试样尺寸、材料参数输入到如下的一维弹性应力波的二波公式中，计算试验材料的拉伸性能参数以及应力～应变、应力～时间、应变～时间、应变率～QC/T-20064时间曲线。二波公式（1）～（3）stsAEA((τ)ε×=τ)σ(1)stisdclξξξτ)]()([2(00ε−ε=τ)ε∫(2)stiscl&)]()(2(0τε−τ[ε=τ)ε(3)具体符号及常数说明见附录C。7.2试验报告结果按GB/T8170-1987处理。7.3试验中出现如下情况之一，试验结果无效：a)试样连接不牢，拉伸过程中试样与输入或输出杆脱离；b)记录的波形不完整；c)试验结果的有效性判断以入射和透射波宽度为基准进行衡量。如果透射波宽度大于入射波宽度，说明试样没有拉断，而是透射波在输出杆右端自由面的反射波导致试样二次拉伸断裂，获得的应变不能真实反映试样的变形量，最大应力是材料强度的真实结果。7.4拉伸试验结果以应变率大小误差不大于±50/s的至少三次试验结果的平均值作为报告结果。如果出现如7.3所述现象，需重新试验。7.5材料性能随应变率的变化一般以试验结果的统计平均作为最终动态拉伸性能的评定。7.6试验结果的表述形式为：屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和断裂延伸率以及某一应变率下的应力应变曲线。或以试验委托方与试验方的协商结果为依据。7.8钢板的高应变率拉伸性能与其静态或准静态性能对比时，静态或准静态试验按GB/T228－2002标准方法进行。8试验报告试验报告应包括如下内容：a)试验依据的标准号；b)来样单位；c)试验材料牌号、化学成分、钢板拉伸取向；d)试样尺寸及试验次数；e)试验温度；QC/T-20065f)试验的应变率范围；g)试验机试验参数；h)试验结果与分析（图和/或表形式显示材料性能随应变率的变化趋势）；i)试验者、校核者、试验日期、试验单位（公章）等信息。9试验设备和仪器9.1能够满足一维弹性应力波试验原理并按照公式（1）～（3）进行数据分析和计算的，如图2～4的三种试样与输入、输出杆连接方式的试验装置，均适用于此标准。锤头加载方式可以是气动式、落锤或摆锤式、旋转盘式等。图3、直接杆杆型Hopkinson冲击拉伸试验装置简图9.2试验装置中输入和输出杆上接收应力波信号的应变片采用两片串连连接的电阻应变片，以避超动态应变仪瞬态波形存储器计算机7654321771-锤头，2-撞块，3-金属短杆，4-输入杆，5-试件，6-输出杆，7-应变片图4、间接杆杆型Hopkinson冲击拉伸试验装置简图撞块锤头输出杆试样图2、直接块杆型Hopkinson冲击拉伸试验装置简图AB撞块锤头输入杆试样输出杆ABQC/T-20066免信号失真，通过电磁屏蔽双绞线与超动态应变仪的输入端口连接。应变片与杆用502胶可靠粘结用以拾取在输入、输出杆上传播的入射波、反射波和透射波信号。9.3超动态应变仪为瞬态响应频率高达1兆赫兹以上的、能够适应动态应变变化的超动态应变仪。9.4瞬态波形存储器应具有采样速率不小于109点/s、精度≥±2％、记录点数大于5000点、能够捕获4×10-9s～10s的瞬态信号的特点。QC/T-20061附录A一维弹性应力波试验原理（资料性附录）试验原理依据一维线弹性应力波理论，其波的传导可用LagrangeX-T图表示，如图1所示。它和Hopkinson杆技术的试验原理完全相同，本质上都是一维的，均基于以下两个基本假设：a)平截面假设假设输入杆、输出杆和试样的任意横截面在波的传播过程中始终保持平面，即在输入杆、输出杆和试样中传播单向应力状态的一维应力波；假设输入杆和输出杆中的应力波为一维线弹性波；此假设实际上忽略了输入杆、输出杆和试样中质点的横向惯性效应。b)试样中应力、应变沿轴向均匀性假设试样中应力、应变沿轴向均匀，即0//=∂∂=∂∂zzzzεσ，其中z为试样的轴线方向。此假设实际上忽略了试样中质点的纵向惯性效应，也就是忽略了波在试样中的传播效应，使0t1-t0t10tτε3ε2ε1LRσ(t)L1a1a2a3G1G2G3L2InputOutputSpecimen图A.1试验原理图QC/T-20062细杆的动力学方程简化为一维杆的动力学平衡方程，即一维线弹性应力波方程。其测试原理示意图如图A.1所示。当冲击产生的一个拉伸应力脉冲σ(t)沿着输入杆传播到试样时，一部分被界面反射，另一部分穿过试样透射到输出杆中，反射和透射脉冲的大小取决于试样的物理性质。假定试样长度远小于输入、输出杆长度，脉冲通过试样的过程中，在试样内部发生多次反射，迅速地建立了试样的应力平衡状态，从而可略去试样中波的传播效应，并认为试样两侧的轴向力相等。贴在输入杆和输出杆上的应变片G1、G2、G3用来记录入射、反射和透射脉冲的应变信号εi、εr和εt随时间的变化值。利用应变片测量的结果，根据一维线弹性杆波动理论可以计算得出试样的应力和应变关系。由于输入杆右端面L和输出杆左端面R上的应变很难直接测得，但输入杆上G1和G2处以及输出杆上G3处的应变可以测得，因而端面L和R处的应变可用G1、G2和G3处的应变ε1(t)，ε2(t)和ε3(t)通过时间移位处理后表征，关系如下：)t/ca(τε)τ(ε0011i−−=(2.1))t/ca(τε)t/ca(τε)τ(ε00110022r−−−−−=(2.2))t/ca(τε)τ(ε0033t−+=(2.3)这里，)(τiε和)(τrε分别是L端面上的入射波和反射波应变信号，)(τtε为R端面上透射波的应变信号，C0（ρ/00EC=）为一维弹性波在输入杆和输出杆中的波速，时间坐标t和时间坐标τ有变换关系)t(tτt01−+=。根据一维弹性应力波理论，可以得到试样两端面，即输入杆L端面和输出杆R端面上的载荷及位移：)]()([EA)(riLτττε+ε=Ρ(2.4))]([ε=)ΡττtREA((2.5)ξξε−ξε=)∫d)]()([c(Uri00Lττ(2.6)ξξε=)∫d)]([c(Ut00Rττ(2.7)其中A为输入杆和输出杆的横截面面积。试样中的平均应力、应变和应变率为：QC/T-20063As)()([EAAs()((triRLs(τ)]/2ε+τε+τε=2τ)Ρ+τΡ=τ)σ(2.8)stri00sRLsd)](