刘阳明

    关键词：弹性变形   塑性变形  屈服频带

我们红岩车的车架在使用中会受到各种各样的外力作用，自然就会产生各种各样的变形，但这种变形必须限制在弹性范围内，否则将会发生永久变形，影响继续使用，重则造成该部件报废，产生重大的质量事故。

我们知道，任何材料在受外力作用时都会产生变形，在受外力的初始阶段，一般来说这种变形与外力成线性的比例关系，这时若外力消失，材料的变形也将消失、恢复原状，这一阶段称为弹性阶段，但外力增大到一定程度后，变形将不再成线性比例关系，这时当外力消失后，材料的变形将不能完全消失，外型尺寸将不能完全恢复到原状，这一阶段称为塑性变形阶段性。那么如何确定变形是在弹性范围内呢？从上面的分析材料的力学性能进行实验与理论分析，找出屈服点，汽车设计人员根据产品的使用情况，

准确求取屈服点在材料力学性能试验中是非常重要的，在许多时候，它的重要性甚至于大于材料的极限强度值，然而非常准确的求取它，在许多时候又是一件不容易的事。它受到许多因素的制约，归纳起来有（1）试验用夹具的影响；(2)试验机测控环节的影响；（3）结果处理软件的影响；（4）试验员理论水平的影响。下面逐一进行分析

一、     试验用夹具的影响：

这类影响在试验中发生的几率较高，主要表现为试样夹持部分打滑或试验机某些力值传递环节间存在较大的间隙等因素，它在旧试验机上出现的概率较大。（我们现在的拉力机是三十八前的产品）由于试验机在使用一段时间后，各相对运动部件间会产生磨损现象，使得摩擦系数明显降低，最直观的表现为夹块的鳞状尖峰被磨平，摩擦力大幅度的减小。当试样受力逐渐增大达到最大静摩擦时，试样就会打滑，从而产生虚假屈服现象。如图1中的1与，干扰正常的拉力试验曲线，如果以前使用该试验机所作试验，屈服正常，而现在所作试验屈服值明显低，而在某些较硬或者较脆的材料试验时，该现象尤为明显，这时需及时进行设备大修，消除间隙，更换夹具。

二、     试验测控环节的影响

试验机测控环节是整个试验机的核心，随着技术的发展，目前基本上采用了电子、电路自动测控，由于自动测控知识的深奥、结构的复杂、原理不透明，一旦测控设备考虑不周，就会对结果产生严重影响，让试验操作人员难以分析其原因。针对金属材料屈服点的求取最主要有下列几点：

1.传感器放大器频率太窄

由于目前试验机上所采用的力值检测元件基本上为载荷传感器或压力传感器，而这两类传感器都为小信号输出类型，在使用中必须进行信号放大，环境中存在各种各样的电磁干扰信号，这种干扰信号会通过许多不同的渠道偶合到测量信号中被放大，结果使得有信号被干扰甚至淹没。因此合理的设置低通滤波器的截止频率，将放大器频率限制在一个适当的范围就能使试验机的测量控制性能得到极大的提高。然而人们往往将数据的稳定性显示看得非常重要，将滤波器的截止频率设置得非常低，这样在充分滤掉干扰信号的同时，往往有用信号也滤掉了，而忽略了书数据的真实性。金属材料试验机测量的是动态信号，它的频谱是非常宽的，若频率太窄，较高频率的信号就会被衰减或滤出，从而引起失真。对于屈服表现为力值多次上下波动的情况，这种失真是不允许的。就目前使用的金属材料拉伸实验机这一频率，最小不超过30HZ，当采用A/D转换器，它模拟输入处理电路达到的频带宽度也应达到这个要求，才会反应出屈服点力值的真实波动。

2. 控制方法使用不当

针对材料发生屈服时应力与应变的关系，国标推荐的控制模式为恒应变控制，而在屈服发生前的弹性的阶段控制模式为恒应力控制，这在绝大多数试验机是很难完成的，因为它要求在刚出现屈服现象时改变控制模式，而试验的目的本身就是为了要求取屈服点，怎么可能以未知结果作为条件进行控制切换呢？所以在现实中，一般都是用同一种控制模式来完成整个试验的。对于使用恒位移控制的试验机，由于材料在弹性阶段的应力速率与应变速率成正比关系，只要选择合适的试验速度，全程采用速度控制就可兼容两个阶段的控制特性要求。但对于只有力控制一种模式的试验机，如果试验的速度快，则屈服发生的过程就会短，如果数据采集的速度不够高，则会丢失屈服值，所以在选择试验机及控制方法时最好不要选择单一的载荷控制模式。

三、     结果处理软件的影响

目前生产的试验机大部分都配备了不同类型的计算机以完成标准或用户定义的各类数据测试，与过去广泛采用的图解法相比有了非常大的进步。然后由于标准的滞后原有的大部分定义，就显得不够明确，如果屈服点的定义只有定性解释，而没有定量的说明，很不适应计算机自动处理的需求，具体叙述于下：

1.判断条件的各自设定

就屈服点而言，GB/T228-2002是这样定义的：4.9.2当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点如图2的S点，应区分上屈服强度和下屈服强度（图3）.这个定义在过去使用图解法时一般没有什么问题，而在今天使用计算机处理数据时产生了疑问。（1）屈服强度的疑问：如何理解塑性变形发生而力不增加？由于 各种干扰源的存在，即便材料的屈服阶段的力值保持绝对恒定（实际中不可能的），计算机所采集的数据也不会绝对保持恒定，这就需要给出一个允许的数据波动范围。由于国际未作定义，所以各个试验机生产厂家只好自行定义，所求结果自然也就有差异。（2）上下屈服中强度的疑问：金属材料出现上下屈服点则必然出现力值的上下波动，但这个波动幅度是多少呢？国标示作解释，若取得太小，可能将干扰误求为上下屈服点，若取得太大，则可能将部分上下班屈服点丢失。目前为了解决这一难题，各厂家都想了许多的办法，按材料进行分类定义“误差带”及“波动幅度”，这可以解决大部分厂家将“误差带”及“波动幅度”设计为用户定义参数，这从理论上解决了问题，但对实验技术人员却提出了极高的要求。

2.对下屈服点定义中“不计初始瞬时效应”的误解

什么叫“初始瞬时效应”？它是如何产生，是否所有的试验都存在？这些问题国标都未作解释。所以在求取下屈服强度时，绝大多数的情况都是丢掉了第一个“下峰点”（图4）.早期生产的通过摆锤测力的试验机，工作时由于惯性作用的影响，会有“初始瞬时效应”，现在现在生产的不是通过摆锤测力的试验机，工作时就无“初始瞬时效应”，既然不是所有的试验机都存在“初始瞬时效应”，所以求取结果时就不能一律丢掉第一个下峰点。

四.试验人员的影响

    在试验设备已确定的情况下，试验结果的优劣就会全取决于试验人员的综合素质。目前我国材料试验机的操作人员综合素质普遍不高，专业知识与理论水平普遍较为欠缺，在材料屈服强度的求取上常出现如下的问题：

1.将非比例应力与屈服混为一谈

虽然非比例应力与屈服都是反应材料弹性性阶段与塑性阶段的过渡状态指标，但两者有着本质的不同，屈服是材料固有的性能，而非比例应力是通过人为规定的条件计算的结果，当材料存在屈服点时是无需求取非比例应力的，只有材料没有明显的屈服点时才求取非比例应力。有的试验人员对此理解不深，以为屈服点、上屈服、下屈服、非比例应力对每个试验都存在。

2.将不连续屈服的趋势当作具有屈服点

国标对屈服的定义指出，当变形继续发生，而力保持不变或有波动时叫屈服。但在某些材料中会发生这样一种现象，虽然变形继续发生，力值继续增大，但力值的增大幅度却发生了由大到小再到大的过程。从曲线上看，有点象屈服的趋势，并不符合屈服时力值恒定的定义。正如前面提到的，由于对“力值恒定”的条件没有定量指标规定，这时经常会产生这一现象是否是屈服、屈服值如何求取等问题的争论。

综上所述，屈服值在金属材料力学性能试验中有着非常重要的作用，在求取时又面临着许多问题，因此无论是国标的制定的部门，还是试验机的研发生产厂商，试验操作人员都应从各自的角度出发，努力解决所存在的问题，才能实现屈服点的准确、快速、方便的求取。为金属材料的安全使用创造良好的条件。