ICS77.040.10 H22 中华人民共和国国家标准 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 Metallicmaterials—Torsionaltestmethodathighstrainrates— Part1:Methodoftestatroomtemperature 2016-08-29发布 2017-07-01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目 次 前言 Ⅲ ………………………………………………………………………………………………………… 引言 Ⅳ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 符号及说明 2 ……………………………………………………………………………………………… 5 试验原理 4 ………………………………………………………………………………………………… 6 试验设备 5 ………………………………………………………………………………………………… 7 试样 6 ……………………………………………………………………………………………………… 8 试验程序 7 ………………………………………………………………………………………………… 9 试验数据处理 8 …………………………………………………………………………………………… 10 试验结果有效性评估 9 …………………………………………………………………………………… 11 试验报告 10 ……………………………………………………………………………………………… 附录A(规范性附录) 分离式霍普金森扭杆 11 …………………………………………………………… 附录B(规范性附录) 数据测试系统 13 …………………………………………………………………… 附录C(资料性附录) 入射波、反射波和透射波起点的确定方法 15 …………………………………… 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 16 ………………………………… 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 17 …………………………………… ⅠGB/T32967.1—2016 前 言 《金属材料 高应变速率扭转试验》和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》与GB/T30069.2《金属材料 高应变速率拉伸试验 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—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。 ⅢGB/T32967.1—2016 引 言 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103s-1,远高于GB/T10128试验方 法中的应变速率(10-4s-1~10-2s-1)。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(≥102s-1)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-1~102s-1时的力学性能可采用液压式或机械式 试验机进行测试。 ⅣGB/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 1 范围 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102s-1~103s-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。 GB/T1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差 GB/T2975 钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备 GB/T10128 金属材料 室温扭转试验方法 GB/T10623 金属材料 力学性能试验术语 GB/T13992 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 JJG623 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 elasticstresswave 在弹性介质中传播的应力波。 3.3 弹性剪切波 elasticshearwave 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。 1GB/T32967.1—2016 3.5 弹性剪切波速 wavevelocity Cb 弹性剪切波波阵面的传播速度。 3.6 分离式霍普金森杆 splitHopkinsonbar 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,分为输入杆和输出杆。 3.7 分离式霍普金森扭杆 torsionalsplitHopkinsonbar 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。 3.8 入射波 incidentwave 在输入杆中产生且向试样传播的弹性应力波。 3.9 反射波 reflectedwave 由试样-输入杆界面反射回输入杆的弹性应力波。 3.10 透射波 transmittedwave 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 averageengineeringplasticstrainrate γ· s 工程塑性应变速率历程的平均值。 3.12 标距 gauge Ls 试样的薄壁段长度。 4 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 符号 说明 单位 霍普金森扭杆 a1 输入杆中应变计离试样端的距离 mm a2 输出杆中应变计离试样端的距离 mm Cb 波导杆中的弹性剪切波波速 mm/ms ρb 波导杆的密度 g/mm3 2GB/T32967.1—2016 表1(续) 符号 说明 单位 Db、rb 波导杆的直径和半径 mm Hb 波导杆长度 mm Gb 波导杆的剪切模量 MPa LE、LI、LT 储能段、输入杆和输出杆的长度 mm Mmax 储能段施加扭矩的最大值 N·mm Jb 波导杆的极惯性矩 mm4 τY 波导杆材料的剪切屈服强度 MPa 试样 ρs 试样的密度 g/mm3 Gs 试样的剪切模量 MPa D 圆形法兰直径 mm D1 正六边形法兰的内接圆直径 mm d1 薄壁段内径 mm d2 薄壁段外径 mm H 总长度 mm H1 法兰长度 mm Ls 标距 mm rs 薄壁段中面的半径 mm δs 薄壁段厚度 mm r 薄壁段过渡圆弧半径 mm γ· s剪切应变速率 ms-1 Cs 试样材料的弹性剪切波速 mm/ms 试验材料的力学性能参数 γ· s平均工程塑性应变速率 ms-1 γs 工程剪切应变 — τs 工程剪切应力 MPa 应变测试系统 U0j 第j通道的应变标定时的电压值,j=1,2,…,n V Uj 第j通道测试信号的电压,j=1,2,…,n V UB 桥压 V 测试信号 n1、n2、n3 入射波、反射波、透射波起点对应的数据点序号 — λ 入射波的脉冲宽度 ms t 时间 ms T 应力波作用时间 ms T0 工程剪切应力-时间曲线中屈服强度对应的时刻 ms ΔT 采样时间间隔 ms Δt 入射波上升沿时间长度 ms ξ时间变量