力学拉伸测试(Tensile Test)是材料力学性能测试中基础、重要的实验之一。它通过向标准化的试样施加缓慢递增的单向拉伸载荷，直至试样断裂，来测定材料在静拉伸载荷下的一系列力学性能指标。这些指标对于材料选择、工程设计、质量控制和失效分析至关重要。
测试目的
测定关键力学性能参数：
弹性模量： 材料抵抗弹性变形的能力，反映材料的刚度。
屈服强度： 材料开始发生显著塑性变形时的应力值。对于无明显屈服点的材料，常测定规定塑性延伸强度。
抗拉强度： 材料在拉伸过程中所能承受的z大名义应力。
断后伸长率： 试样断裂后标距的永久伸长量与原始标距的百分比，反映材料的塑性变形能力。
断面收缩率： 试样断裂后缩颈处横截面积的z大缩减量与原始横截面积的百分比，也是反映材料塑性的重要指标。
绘制应力-应变曲线： 直观展示材料从弹性变形、塑性变形、均匀塑性变形、缩颈到断裂的全过程行为。
评估材料性能： 判断材料是脆性还是塑性，比较不同材料或热处理状态下的力学性能差异。
测试原理
试样： 使用标准化的试样(通常为哑铃状，中间为平行长度的横截面积均匀段)。常见的截面形状有圆形和矩形。试样尺寸(标距长度、平行段长度、横截面积)需严格遵循相关标准(如ISO 6892-1, ASTM E8/E8M, GB/T 228.1)。
设备： 万能材料试验机(通常为电子万能试验机)。
过程：
装夹： 将试样两端牢固地夹持在试验机的上下夹具中。
加载： 以恒定的速率(位移控制或应变速率控制)对试样施加轴向拉伸载荷。
测量：
力： 试验机的力传感器实时测量施加的载荷。
变形： 使用引伸计精确测量试样标距段内的伸长量(尤其是在屈服点附近和之前)。试样断裂后，测量断裂后的标距长度和缩颈处z小横截面积。
记录： 试验机自动记录整个拉伸过程中的载荷和对应的变形量(或由引伸计提供的应变)。
断裂： 持续加载直至试样断裂。
关键结果与曲线
应力-应变曲线： 根据记录的载荷和变形数据计算并绘制。
应力： σ = F / A₀ (F为载荷，A₀为试样原始横截面积) -> 工程应力。
应变： ε = ΔL / L₀ (ΔL为伸长量，L₀为原始标距长度) -> 工程应变。
典型曲线特征(以低碳钢为例)：
O-A 线弹性阶段： 应力与应变成正比，遵循胡克定律 σ = E * ε，斜率即为弹性模量。
A 点 比例极限： 应力与应变保持线性关系的极限点(实际中与弹性极限非常接近)。
B 点 上屈服点： 应力首次下降前的z大应力值(某些材料如低碳钢明显)。
B' 点 下屈服点： 在屈服期间，不计初始瞬时效应时的z小应力值(更常用作屈服强度)。
C-D 屈服平台/塑性流动阶段： 应力基本不变(或小幅波动)，应变显著增加。
D-H 强化阶段： 屈服阶段结束后，材料抵抗变形的能力增强，需要继续增加应力才能产生更大的塑性变形。
H 点 抗拉强度： 应力达到z大值，对应于曲线z高点 σᵤ = Fₘₐₓ / A₀。
H-K 缩颈阶段： 在H点之后，试样开始发生局部收缩(缩颈)，变形集中在缩颈区域，承载能力下降(工程应力下降)。
K 点 断裂点： 试样z终断裂。
主要力学性能指标计算
弹性模量： E = Δσ / Δε (在线弹性阶段计算斜率)。
屈服强度：
有明显物理屈服点： 取下屈服强度 ReL。
无明显物理屈服点： 取规定塑性延伸强度 Rp(例如 Rp0.2，即产生0.2%塑性应变时对应的应力)。
抗拉强度： Rm = Fₘₐₓ / A₀。
断后伸长率： A = [(Lᵤ - L₀) / L₀] * 100% (Lᵤ为断裂后将两段试样紧密对接后测得的标距长度)。
断面收缩率： Z = [(A₀ - Aᵤ) / A₀] * 100% (Aᵤ为断裂后缩颈处的z小横截面积)。
应用
材料研发与选择： 评价新材料或不同工艺(如热处理、冷加工)处理后的材料性能。
质量控制： 确保生产批次材料的力学性能符合规范要求。
工程设计： 为结构设计提供关键的强度(屈服强度、抗拉强度)和刚度(弹性模量)数据，以及塑性指标(伸长率、断面收缩率)评估材料的变形能力。
失效分析： 帮助判断构件失效原因(过载、疲劳、脆断等)。
建立本构模型： 为计算机模拟提供材料输入参数。
重要注意事项
标准遵循： 必须严格按照相关国际、国家或行业标准进行，以确保结果的可比性和准确性。
试样制备： 试样加工质量(尺寸精度、表面粗糙度、无缺陷)对结果影响很大。
加载速率： 加载速率会影响结果，特别是屈服强度。标准中会规定允许的应变速率范围。
温度： 测试通常在室温(~23°C)下进行，但材料性能对温度敏感，高温或低温测试需要特殊设备。
引伸计的重要性： 准确测量屈服强度和弹性模量必须使用引伸计。通常在试样屈服后或达到某个应变点后可以取下引伸计。
数据解读： 工程应力-应变曲线在缩颈后不代表真实应力状态(真实应力需考虑横截面积的实时变化)，但工程参数仍是设计和规范的主要依据。
来源：网络
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