金属棒胀系定仪

10月26日，中国汽车工程学会正式发布由泛亚汽车技术中心有限公司联合中国汽车技术研究中心有限公司、清华大学苏州汽车研究院、中国飞机强度研究所、ITW集团英斯特朗公司、道姆光学科技（上海）有限公司、东风汽车集团有限公司等单位联合起草的CSAE标准《汽车用金属材料圆棒室温高应变速率拉伸试验方法》（T/CSAE 233-2021）。本标准提出的金属材料圆棒高应变速率拉伸试验方法适用于汽车底盘用的铸造、锻件类零件材料的高应变速率拉伸测试。本标准在GB/T 228.1-2010及GB/T 30069.2-2016基础上，对金属材料棒材在不同高应变速率下拉伸时，对试样的夹具，应力测试方法，样件尺寸及装夹，应变测试等方面作了较详细的规定，以确保棒材高应变速率拉伸测试的准确性。当前，汽车底盘用的铸造类零件如Knuckle和Mount等零件的材料高速拉伸曲线是CAE碰撞分析中重点关注技术参数，为了建立CAE分析用高速拉伸所需数据库，提高碰撞安全分析的准确性，需要借助高速拉伸机、三维光学测试(Digital Image Correlation, DIC)技术获取金属棒材的应力、应变场数据。目前对于铸铁、铸铝的圆棒试样的高速拉伸测试还没有相应的国际、国内标准，各整车企业及总成制造商对铸件材料的高应变率拉伸试验方法未见详细说明，测试结果也存在在较大差异，由此带来该对底盘类铸件材料性能和可靠性的评价存在诸多差异。起草工作组在充分总结和比较了国内外金属材料高应变速率拉伸测试方法标准、调研了国内外对车用铸、锻方法制造的零件用的金属材料棒材的试验方法的基础上，参考了GB/T 30069 《金属材料 高应变速率拉伸试验》和《ISO 26203 金属材料高应变率拉伸试验》，并确定板材的测试与棒材的测试有明显不同。通过金属材料棒材在不同高应变速率下拉伸时，对试样的夹具，应力测试方法，样件尺寸及装夹，应变测试等方面作了较详细的研究和试验。高应变速率拉伸测试系统是由高速拉伸机，高速相机，光源，数据采集及分析系统，同步器，夹具，散斑制备装置，应变片粘贴设备等部分组成。试验时，确保设备的连接可靠，经过静态速率试验确认力、速度、对中性及相机、数据采集均正常的情况下开始正式测试。编制组基于国内外行业研究现状，通过正交矩阵进行试验方案设计，共48组试验，每组数据需要完成3根样条。随后又增加汽车底盘锻压零件最小壁厚3毫米小直径样条的测试。合格的样条必须断在标距内。所有测试结果不需过滤处理，直接反映整个系统的测试状态和结果。经过一系列试验，为标准的制定奠定可靠的基础。首先是确定试验夹具，根据不同的拉伸设备，可以设计不同的设备连接方式，考虑到试样是圆形截面，推荐使用螺纹接头连接试样，螺纹的长度也进行了优化试验，选择大于2倍平行段长度。而且在夹具上做出平面以粘贴应变片。对夹具的选材上也做了研究，选用常用的45钢和钛合金进行比对。通过图1的试验结果，推荐使用钛合金材料，硬度28～38HRC，以减少夹具的固有震荡信号。编制组在充分总结和比较了国内外金属材料高应变速率拉伸测试方法标准、调研了国内外对车用铸、锻方法制造的零件用的金属材料棒材的试验方法的基础上，参考了《GB/T 30069 金属材料 高应变速率拉伸试验》和《ISO 26203 金属材料高应变率拉伸试验》，并确定板材的测试与棒材的测试有明显不同。通过金属材料棒材在不同高应变速率下拉伸时，对试样的夹具，应力测试方法，样件尺寸及装夹，应变测试等方面作了较详细的研究和试验。高应变速率拉伸测试系统是由高速拉伸机，高速相机，光源，数据采集及分析系统，同步器，夹具，散斑制备装置，应变片粘贴设备等部分组成。试验时，确保设备的连接可靠，经过静态速率试验确认力、速度、对中性及相机、数据采集均正常的情况下开始正式测试。编制组基于国内外行业研究现状，通过正交矩阵进行试验方案设计，共48组试验，每组数据需要完成3根样条。随后又增加汽车底盘锻压零件最小壁厚3毫米小直径样条的测试。合格的样条必须断在标距内。所有测试结果不需过滤处理，直接反映整个系统的测试状态和结果。经过一系列试验，为标准的制定奠定可靠的基础。首先是确定试验夹具，根据不同的拉伸设备，可以设计不同的设备连接方式，考虑到试样是圆形截面，推荐使用螺纹接头连接试样，螺纹的长度也进行了优化试验，选择大于2倍平行段长度。而且在夹具上做出平面以粘贴应变片。对夹具的选材上也做了研究，选用常用的45钢和钛合金进行比对。通过图1的试验结果，推荐使用钛合金材料，硬度28～38HRC，以减少夹具的固有震荡信号。图1 钛合金和45#钢夹具及分别在100-1s时的拉伸曲线在应变片的粘贴和标定方面做了详细的试验，在本标准中给出了具体阐述，尤其指明标定的系数R2≥0.999。设备状态的确认中，如果测试力的同时还需要测试应变，设备需要连接额外的数据线，试验前需检查所有的连线是否牢固连接，尤其是信号触发线。每次测试前先在静态试验机上低应变速率拉伸，然后在高速试验机上以同样的速率拉伸同一批次的试样检验设备。静态试验根据 GB/T 228.1-2010规定进行。为了验证验证圆棒试样的应变是否需要三维测试，分别用单台和两台相机试验，发现当使用单台相机时，大截面尺寸（5毫米直径棒材）会出现由于散斑扭曲导致跟踪不了散斑变化产生测量误差或试验失效，因此当出现散斑测试的应变变化跟不上力值变化时，应使用两台相机测试。如图2、3所示。铸铝（左） 铸铁（右）图2 一台相机照片-铸铁及铸铝的应变-时间&应力-时间的曲线铸铝（左） 铸铁（右）图3 两台相机照片-铸铁及铸铝的应变-时间&应力-时间的曲线标准起草组对于数据采集频率也做了研究，图像拍照及采集系统的采样频率应考虑试样断裂时间。当应变速率≤100s-1时，所取得的应变有效数据大于力值的采样数据，而且一般会大于400。当应变速率100s-1时，应变的有效数据会急剧下降，应调整应变的采集频率和拍摄参数，最终应变的有效采集不低于100个点。否则不能有效测出弹性模量及剪切模量。对于拉伸速度偏差认可的确认，各测试单位做了详细讨论，考虑到高应变率速度的影响因素复杂，因此给出按照最大力对应的应变划分不同平均速度的限制要求。即当最大力对应的应变率大于5%时，实际应变速率的平均值推荐在目标应变速率的±5%以内，当最大力对应的应变率小于5%时，记录实际应变速率到报告中。试样尺寸也是本标准重点考虑的内容，较短的测试长度有助于获得高的应变速率，但测量长度不能过小，否则不能保证反映材料的性能。因此参考静态的标准及高应变速率拉伸的现有标准，制作了4种不同的试样并测试。试样的装夹方式，尺寸及夹具材料在标准中得到具体描述。优化后的的试样如图4，并给出推荐尺寸。 图4 典型的试样尺寸说明：（1）尺寸公差为0.05mm，平行段工作部分粗糙度0.32，同轴度为0.01毫米。（2）推荐区域直径为5mm，=10mm，=15mm，R=16mm，=5mm，=35mm，D=12mm，或者区域直径为3mm，=10mm，=15mm，R=12mm，=5mm，=35mm，D=6mm。综上所述，该标准围绕车用金属材料的使用工况，对3毫米直径以上的哑铃型拉伸试样进行充分的试验，给出了从夹具，散斑制作，相机标定，系统试验前验证，试样尺寸与装夹，力的测试，数据采集及处理等方面系统的说明，试验准确性高，试验失效率低，同时避免不同试验员试验结果差异等问题。本标准充分考虑了汽车行业用到的铸件和锻件零件，具有普遍适用性，可以为CAE仿真高效地提供更加准确可靠的材料数据。与目前使用的GB/T 30069 《金属材料 高应变速率拉伸试验》和ISO 26203 《金属材料高应变率拉伸试验》中的方法协调统一，互不交叉，提供了标准外的常用形状试样的高应变速率下的详细试验方法，对现有标准起到补充作用。

飞天系列金属摆锤冲击试验机试验报告 2013 年5月28日，深圳。 三思纵横综合研发中心总工程师钱正国在领取了&ldquo 飞天系列金属摆锤冲击试验机研发表彰现金奖&rdquo 后，站在领奖台上发表了获奖感言。他说：&ldquo 新产品在摆头换摆技术、任意角度定位放摆冲击和提高大批量试验的可靠性等几个方面进行了全方位的、提升性的研发设计，产品所具有的功能和特点一定能够让更多的客户感受到三思纵横摆锤设备的稳定性和优越性。&rdquo 此次为综合研发部赢得荣誉的产品为飞天系列金属摆锤冲击试验机，获奖理由是：&ldquo 综合研发中心在其总工程师钱正国的带领下，历时两年，研发出比肩国际同类产品的飞天系列金属摆锤冲击试验机，标志着三思纵横在自主创新的路上又跨进了一大步，并为三思纵横捍卫民族试验机的强者地位奠定了坚实基础。&rdquo 　　在样机摆放现场，我们见到了它的真面目。 测试时间： 2013 年5月28日 测试地点： 三思纵横深圳本部综合研发中心样机房 测试用时： 约10min 工 作 量： 将标准冲击试样装样、自动送样；换摆、操作任意角度放摆；批量冲击试验 试验小结：在几分钟之内，飞天系列金属摆锤冲击试验机顺利完成30根标准冲击试样的冲击试验。 型号 PTMS4150 PTMS4300 PTMS4450 PTMS4600 PTMS4750 最大冲击能量 150J 300J 450J 600J 750J 摆锤力矩（冲击常数， N.m） 80.3848 160.7695 241.1543 321.5390 401.9238 摆锤扬角 150° ± 1° 摆轴中心至试样中心 （10mm试样）距离 750mm 冲击速度 5.24m/s 试样支座跨距 4 0 mm 试样支座端部圆弧半径 1~1.5mm 试样支座支承面倾角 1 1 ° ± 1 ° 冲击刀圆弧半径 2~2.5mm 冲击刀夹角 30° 冲击刀厚度 12mm 试验规格 5 5 mmx 1 0 mmx 1 0 mm 5 5 mmx 1 0 mmx 7 . 5 mm 5 5 mmx 1 0 mmx 5 mm 5 5 mmx 1 0 mmx 2 . 5 mm 试验机净重 约1000kg 主机电源 交流三相五线380V± 10%50Hz 800W 10A 主机外形尺寸 2400mmx800mmx2200mm（包括全封闭防护罩但不含自动送样） 时间就是金钱 速度决定一切 飞天系列金属摆锤冲击试验机是专门针对金属材料在动负荷下抵抗冲击性能进行检测的仪器。在原有金属摆锤冲击试验机的技术上，飞天系列金属摆锤冲击试验机的试验技术和作业能力显著提高。在摆头换摆技术、随时可以启动电磁刹车定位在任意角度和真正满足大批量试验等几个方面进行了全面的、提升性的研发改进，克服了以往金属摆锤冲击试验机更换摆捶费时费力、不能即时刹车定位、经常被迫停机处理异常而无法满足大批量试验等弊端。 　　有着多年试验机行业经验的试验员卢果认为，飞天系列金属摆锤冲击试验机的最大优势在于速度和质量较国内品牌有了很大提升。他介绍说，其他厂家的设备在自动送样的配置上，没有实际操作价值，试验效果差，使用率低，而三思纵横飞天系列金属摆锤冲击试验机作为2013年重新研发、设计和制造的新一代具有国际技术水平的全新产品，由于对关键技术的改造和运用，使得设备换摆简单快速、冲击钳口更换方便快捷、任意角度定位摆锤非常人性化且适合大批量的试验，工作效率大大提高。 全程操作简易 飞天系列大扬威 在干净整洁的样品摆放间，我们开始试验飞天系列金属摆锤冲击试验机的工作性能。在对金属棒材的冲击试验中，30根标准冲击试样被试验员快速装入试样盒中，整个装样过程简单快速，轻按显示屏上的按钮，自动送样装置自动将试样进行输送并定位，无一例外地精准！ 由于以前听到客户抱怨摆锤试验机经常出现被迫停机处理异常而无法满足大批量试验等弊端，所以我们在对新品进行测试前，也隐隐地担忧着&mdash &mdash 放置30根试样，新品能否顺利完成此次测试？在试验员娴熟的动作下，不足两分钟，便已完成了装样、自动送样调整和整个自动试验过程。接下来，试验员向我们展示了快速换摆这个环节，轻松扭下螺丝后，300焦耳的摆头被他轻松换下，重新装上一个450焦耳的摆头，按动&ldquo 放摆&rdquo 按钮，即完成了换摆操作。他笑着说，飞天系列能根据不同冲击需求，只需旋转螺丝，即可试验从150焦耳到750焦耳的简单快速换摆。 　　在操作任意角度定位摆锤中，试验员边操作边讲解着：飞天系列金属摆锤冲击试验机具有摆锤刹车装置，这样可以随时启动摆锤刹车，由此方便处理试验异常或更换摆头和工装。 　　透过透明的全封闭防护罩，我们可以看到，30根试样在这台设备里有序地被输送着，安全可靠，试验结果清晰明了，试验参数方便可选，真正实现了安全、高效和便利。 用户衷言 推助提升 在三思纵横参观并体验了试验过程的用户李先生诚恳地对我们说：&ldquo 虽然与三思纵横合作仅仅一年时间，但大家彼此像是相识多年的朋友。三思纵横服务热情，几乎是随叫随到。我们恰好有金属摆锤冲击试验机的购买需求，且对设备的要求较高，本来还担心国内厂家无法达到我们之前设定的标准，但是刚刚看了三思纵横的设备，我对于这款新产品非常看好。&rdquo 同时李先生也表示，希望三思纵横用更多的新技术来服务客户，为他们提供更多便利。来自一线用户的反馈和建议，是推动三思纵横技术进步的重要力量。

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