鋼管等鋼鐵材料的拉伸試驗拉伸曲線解讀，拉伸曲線是由拉伸試驗機（圖1）測出的，用來描述鋼管材料的應力與應變之間的關系的曲線。拉伸曲線可以反映出材料包括彈性變形、塑性變形和斷裂這三種基本力學行為的相關信息，可用來綜合評定材料各種力學性能，包括強度，塑性，韌性及加工硬化等。在科學研究和實際工程應用中作用顯著，因此掌握拉伸曲線分析技巧意義重大。
圖1. 典型的拉伸試驗測試設備.
典型的材料拉伸曲線如圖2所示，按照有無屈服平臺（橙色橢圓所示：應力與應變一階導約為零）：大致可分為有屈服階段的拉伸曲線（如建筑鋼）和無屈服階段的拉伸曲線（如高強鋼，變形鋁合金等）。
圖2. 典型的拉伸曲線（橙色橢圓所示為拉伸屈服平臺）
1拉伸曲線可直接反映的具體信息
比例極限σp：應力與應變成正比關系的最大應力；
彈性極限σe：材料由彈性變形過渡到彈-塑性變形的應力。應力超過彈性極限，開始發(fā)生塑性變形時的應力；
屈服極限σs：金屬發(fā)生明顯塑性變形的抗力，屈服點：屈服點對應的強度，有上、下屈服極限；
條件屈服強度σ0.2：當沒有明顯屈服平臺時，規(guī)定產(chǎn)生0.2%殘余塑性應變時的應力；
抗拉強度（強度極限）σb：試樣拉斷前最大載荷所決定的臨界應力；
彈性模量E：彈性變形階段，應力和應變成正比例關系(即符合胡克定律)，其比例系數(shù)即為彈性模量。
延伸率δ：試樣拉伸斷后標距段的總變形ΔL與原標距長L之比：δ=ΔL/L×100%，和截面收縮率ψ都是描述材料塑性性能的指標。
圖3. 典型拉伸曲線示意圖
2拉伸曲線基本特點
材料不同，其拉伸曲線也有所不同，但總的來說：從初始拉伸至最后斷裂過程可基本劃分為幾個特征階段。
1）彈性階段：如圖4所示，這個階段分為兩種，當應力小于σp 時，應力和應變成正比；超過比例極限后，應力和應變雖然不保持正比關系，但變形依然是彈性的，卸載后變形完全恢復為零，直線斜率E，其大小反映材料抵抗彈性變形的一種能力代表了材料的剛度。此外，材料在發(fā)生桿的軸向伸長的同時還發(fā)生橫向收縮。橫向正應變ε與縱向正應變ε之的絕對值μ稱為材料的泊松比，反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。
圖4. 彈性拉升階段拉伸曲線示意圖
2）屈服階段：如圖5所示，在超過彈性階段后出現(xiàn)明顯的屈服過程，即曲線沿一水平段上下波動，即應力增加很少，變形快速增加。這表明材料在此載荷作用下，宏觀上表現(xiàn)為暫時喪失抵抗繼續(xù)變形的能力，微觀上表現(xiàn)為材料內部結構發(fā)生急劇變化。從微觀結構解釋這一現(xiàn)象是由于構成金屬晶體材料結構晶格間的位錯，在外力作用下發(fā)生有規(guī)律的移動造成的。由于材料在這一階段已經(jīng)發(fā)生過量變形，必然殘留不可恢復的變形塑性變形因此，從屈服階段開始，材料的變形就包含彈性和塑性兩部分。
圖5. 屈服階段拉伸曲線示意圖
3）強化階段：如圖6所示，屈服階段結束后，拉伸曲線又出現(xiàn)上升現(xiàn)象，說明材料恢復了對繼續(xù)變形的抵抗能力，材料若要繼續(xù)變形必須施加足夠的載荷。如果在這一階段卸載，彈性變形將隨之消失，而塑性變形將永遠保留。強化階段的卸載路徑與彈性階段平行。卸載后若重新加載，材料的彈性階段線將加長、屈服強度明顯提高，塑性將降低。這種現(xiàn)象稱作應變強化或冷作硬化，可用來提高材料的強度。強化階段的塑性變形是沿軸向均勻分布的。拉伸曲線的應力達到強度極限σb，是材料均勻塑性變形的最大抵抗能力，是材料進入頸縮階段的標志。
圖6. 強化階段拉伸曲線示意圖
4）頸縮階段：如圖7所示，應力到達強度極限后，開始在試樣最薄弱處出現(xiàn)局部變形，從而導致試樣局部截面急劇頸縮，承載面積迅速減少，試樣承受的載荷很快下降，直至斷裂。斷裂時，試樣的彈性變形消失，塑性變形則遺留在斷裂的試樣上。
圖7. 頸縮階段拉伸曲線示意圖
3真實應力應變曲線的處理方法
在設計有關材料結構設計或模擬仿真運算中，經(jīng)常需要依據(jù)材料真實性能參數(shù)，而通常通過拉伸實驗直接做出來的拉伸曲線，往往是工程上的應力應變曲線，并不能完全精確反映材料的真實拉伸情況（如拉伸實驗誤差；拉升過程中標距段橫截面積的變化等），這就需要對拉伸試驗的結果進行處理，得到真實的應力應變曲線。另外，由于實驗所得的數(shù)據(jù)太多，一般為幾千個點，甚至為上萬個點，而平常仿真軟件輸入的點一般為幾百個，所以為了得到有效數(shù)據(jù)必須對原始數(shù)據(jù)進行處理。主要通過以下步驟進行處理（以仿真軟件CAE為例）：
3.1 對力-位移曲線進行處理
1）清理無效數(shù)據(jù)
將前面的空白點予以刪除，并對位移進行初步的元整，如圖8所示，圖中的0位移節(jié)點，要刪除點，直至第一個位移為非0點。
圖 8. 無效數(shù)據(jù)清理前后示意圖:（a）清理前；（b）清理后
2）對位移進行初次處理
位移的數(shù)據(jù)，小數(shù)點后有很多位，首先處理到適當位置就行。
3.2 計算工程應力應變曲線
應力= 力/（厚度*寬度）
應變 = 伸長量/初始長度
3.3 計算真實應力應變曲線
真實應力 = 工程應力*（1+工程應變）；
真實應變 = Ln(1+工程應變)
3.4 取整
將應力應變曲線, 進行四舍五入取整。
3.5 篩選數(shù)值
以一定應變?yōu)樵隽浚∠鄳膽χ担⒗L制折線圖，然后取有效區(qū)域數(shù)值。如圖9中的紅圈部分為無效區(qū)域，應舍去。
圖9. 數(shù)值帥選示例（上圖中的，紅圈部分為無效區(qū)域）
3.6有效應力應變
有效應力應變曲線一般是將數(shù)據(jù)的彈性部分去除，如圖10表格所示，直接將(a)中，0.003或0.004之前的對應的應力舍去，應變不變，應力順移即可獲得(b)，即：0應變?yōu)閷膽樵瓉?.004對應的應力，0.002應變對應的應力為原來0.006對應的應力。
圖10. 有效應力應變數(shù)據(jù)處理示例圖
經(jīng)過以上的處理方法，得到有效應力應變曲線，就可以將得到的數(shù)值導入到CAE軟件中，進行數(shù)值計算。
4.其他處理技巧
1) 當實驗測出的位移和力的數(shù)值都是從負值開始：
正確的做法不應是直接去除負數(shù)值的點，而只保留非負數(shù)的點，而應將坐標原點平移，即：將橫縱坐標所有值都各自加上測出得到的相應的最大負數(shù)值，使各自初始點都從零點開始。
2）嚴格計算材料延伸率時，是將拉伸總的形變量與原長（標距）的比值計算得到嗎？
嚴格來說，延展率是拉伸塑性形變量與原長（標距）的比值，即：拉伸曲線上進入塑性變形后的總的變形量，減去一開始的彈性變形量才是實際的變形量。通常，工程上，由于彈性變形量相對較小，所以將拉伸總的變形量代替拉伸塑性形變量計算得到的。
3）當遇到拉伸曲線呈特殊情況下應該實驗數(shù)據(jù)取舍問題：如遇到下圖11所示，彈性階段前出現(xiàn)一小段平線。
圖11. 拉伸彈性階段前出現(xiàn)一小段平線線的特殊拉伸曲線示例
該曲線是通過實驗計算得到的應力-應變曲線，是真實的，理論上可以用， 前面的平緩區(qū)絕大部分是因為夾具系統(tǒng)初始的空隙和試樣的弱連接的所致，應該將前面平線段舍棄后重新作圖。
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