規(guī)定非比例應力試驗方法分析

規(guī)定非比例應力是金屬力學性能試驗中量重要的指標之一，它的數(shù)據(jù)的準確性直接關(guān)系到機器設備的可靠性。但由于金屬材料種類繁多，性能特點差異很大，而且還會隨不同的受力情況發(fā)生變化。到目前為止還沒有一種*通用的方法滿足各種試驗的需求。因此如何針對不同材料的特點及受力情況選取合適的試驗方法，就顯的非常重要。

就金屬材料的拉伸（含高溫拉伸）、壓縮、扭轉(zhuǎn)試驗而言，國標共提出了4種規(guī)定非比例應力的試驗方法，每一種都具有各自的特點與適應范圍。那么如何選取合適的試驗方法呢？這是試驗機生產(chǎn)廠家和試驗員都面臨的問題。依筆者多年從事試驗機研發(fā)的經(jīng)驗及對國標的分析與理解，下面對4種方法進行簡單的分析，提出在當前時期的*選擇，供大家參考。

國標提出的4種方法為：

一、“平行線法”；

二、“逐步逼近法”

三、“滯后環(huán)法”

四、“逐級加載法”

平行線法（具體方法的描述見相應的國標）：

這種方法是目前應用zui廣的一種方法，它簡單明了，物理含義一目了然，既可適用于手動圖解法，也可適用于計算機自動處理，并且可以與其它參數(shù)在同一次試驗中完成，是一種“多快好省”的方法。在計算機沒有被廣泛使用于試驗機以前是zui主要的方法。從國標對這一方法的描述看，規(guī)定非比例應力的求取與彈性模量的求取有著直接的關(guān)系，要準確的求取規(guī)定的非比例應力，首先就要準確的確定材料的線性彈性范圍（其直線段的斜率即為彈性模量）。遺憾的是，并不是每一種材料都具有非常明顯的線性彈性范圍，這在一定程度上了限制了這種方法的使用。但由于近年來計算機被廣泛的應用于材料試驗機中，對于不是非常嚴重的非線性彈性狀態(tài)在求取彈性模量時，一般可使用zui小二乘法擬合出直線，并以此直線的斜率，反映材料的彈性模量；按定義可以此直線為依據(jù)進行平行線法的計算。由于它手動、自動皆宜，所以可以用手動圖解法驗證自動處理程序是否正確。因此在大多數(shù)的情況下是一種非常好的方法。

逐步逼近法：

按照對該方法的定義 （參見相應的方法描述），它非常適合于計算機自動處理。雖然國標描述該方法時采用了圖解法，但實際上它是無法利用手動作圖法人工求取的，因為它需要在一條曲線圖上反復劃出很多的直線，當逼近次數(shù)一多時 ，圖面就會變的非?；靵y，以致于無法繼續(xù)逼近。但當采用計算機處理時，這些直線都是虛擬的并不需要真畫出，由于當今計算機的速度非?？?，逼近的步長可以非常小，甚至可以將所有的采樣數(shù)據(jù)對全部處理一遍，所以求取的結(jié)果準確度較高。同平行線法一樣，它也可以同其它參數(shù)的求取在一次試驗中完成，同樣是一各“多快好省”的方法。但它也具有一定的局限性，當彈性直線段的上線力值小于zui大力值的0.5倍 （0.5Fm）時，（有直線段，但直線段較短）則不能用此方法正確求取規(guī)定的非比例應力。

滯后環(huán)法：

雖然國標在介紹該方法時明確指出“如力—延伸曲線圖的直線部分不能明確地確定”時使用這一方法，但筆者認為它同樣也適合具有彈性直線段的情況。因此，可滿足各種材料“規(guī)定非比例應力”的求取，似乎是一個比較好的方法。但從國標對這一方法的描述來看，它只適合人工手動圖解計算，而不適合計算機自動處理。這是因為：*，由于計算機采集的數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù)，單從采集的數(shù)據(jù)組上判斷滯后環(huán)的位置（交叉點）一般情況下是不可能 ，除非使用采集到的離散數(shù)據(jù)進行曲線函數(shù)擬合，再以此曲線函數(shù)進行分析，才可找出滯后環(huán)位置（交叉點）。但要找出這一函數(shù)，卻是非常困難的事情；第二，由于此方法要預估出其規(guī)定的非比例應力，這在某些情況下是比較困難的事情，由于預估值的偏差可能導致不存在滯后環(huán)（對存在直線段的材料且預值值太小的情況）或滯后環(huán)位于“規(guī)定非比例應力平行線”的左側(cè)（參見GB/T4338）從而需要找出試驗曲線的“包跡線” （參見GB/T4338  11.1.2條），這在通常情況下不可能自動實現(xiàn)，且此方法在一次試驗中只能求取單一的規(guī)定的非比例應力，是一種既費時、費力又浪費資源的方法，除非不得已才選用。因此在要求自動處理試驗結(jié)果的場合不適用。

逐級加載法：

這一方法可以簡單的描述為“土法上馬”的辦法，在無法繪制“力—變形曲線”（更別提自動采集數(shù)據(jù)）的場合或沒有材料試驗機而使用力值砝碼進行加載的場合下應急使用，當然它就只能是人工處理結(jié)果了，由于現(xiàn)階段這種情況已很少發(fā)生，所以就不多分析。

綜上所述，在標準規(guī)定的4種試驗方法中“平行線法”“逐步逼近法”是兩種zui基本的方法，互補使用可基本滿足“規(guī)定殘余應力”值的求取，因而在配備計算機系統(tǒng)的試驗機中，應該具有這兩種不同的處理算法，以滿足不同的情況需要。同時應該具有的曲線顯示、打印功能，以實現(xiàn)在特殊情況下采用“滯后環(huán)法”手動處理，彌補前兩種方法的不足。

參考文獻：

GB/T 228-2002         金屬材料室溫拉伸試驗方法

GB/T 4338-1995        金屬材料高溫拉伸試驗方法

GB/T 7341-1987        金屬壓縮試驗方法

GB/T 10128-1998       金屬室溫扭轉(zhuǎn)試驗方法