规定非比例应力试验方法分析

规定非比例应力是金属力学性能试验中量重要的指标之一，它的数据的准确性直接关系到机器设备的可靠性。但由于金属材料种类繁多，性能特点差异很大，而且还会随不同的受力情况发生变化。到目前为止还没有一种*通用的方法满足各种试验的需求。因此如何针对不同材料的特点及受力情况选取合适的试验方法，就显的非常重要。

就金属材料的拉伸（含高温拉伸）、压缩、扭转试验而言，国标共提出了4种规定非比例应力的试验方法，每一种都具有各自的特点与适应范围。那么如何选取合适的试验方法呢？这是试验机生产厂家和试验员都面临的问题。依笔者多年从事试验机研发的经验及对国标的分析与理解，下面对4种方法进行简单的分析，提出在当前时期的*选择，供大家参考。

国标提出的4种方法为：

一、“平行线法”；

二、“逐步逼近法”

三、“滞后环法”

四、“逐级加载法”

平行线法（具体方法的描述见相应的国标）：

这种方法是目前应用zui广的一种方法，它简单明了，物理含义一目了然，既可适用于手动图解法，也可适用于计算机自动处理，并且可以与其它参数在同一次试验中完成，是一种“多快好省”的方法。在计算机没有被广泛使用于试验机以前是zui主要的方法。从国标对这一方法的描述看，规定非比例应力的求取与弹性模量的求取有着直接的关系，要准确的求取规定的非比例应力，首先就要准确的确定材料的线性弹性范围（其直线段的斜率即为弹性模量）。遗憾的是，并不是每一种材料都具有非常明显的线性弹性范围，这在一定程度上了限制了这种方法的使用。但由于近年来计算机被广泛的应用于材料试验机中，对于不是非常严重的非线性弹性状态在求取弹性模量时，一般可使用zui小二乘法拟合出直线，并以此直线的斜率，反映材料的弹性模量；按定义可以此直线为依据进行平行线法的计算。由于它手动、自动皆宜，所以可以用手动图解法验证自动处理程序是否正确。因此在大多数的情况下是一种非常好的方法。

逐步逼近法：

按照对该方法的定义 （参见相应的方法描述），它非常适合于计算机自动处理。虽然国标描述该方法时采用了图解法，但实际上它是无法利用手动作图法人工求取的，因为它需要在一条曲线图上反复划出很多的直线，当逼近次数一多时 ，图面就会变的非常混乱，以致于无法继续逼近。但当采用计算机处理时，这些直线都是虚拟的并不需要真画出，由于当今计算机的速度非常快，逼近的步长可以非常小，甚至可以将所有的采样数据对全部处理一遍，所以求取的结果准确度较高。同平行线法一样，它也可以同其它参数的求取在一次试验中完成，同样是一各“多快好省”的方法。但它也具有一定的局限性，当弹性直线段的上线力值小于zui大力值的0.5倍 （0.5Fm）时，（有直线段，但直线段较短）则不能用此方法正确求取规定的非比例应力。

滞后环法：

虽然国标在介绍该方法时明确指出“如力—延伸曲线图的直线部分不能明确地确定”时使用这一方法，但笔者认为它同样也适合具有弹性直线段的情况。因此，可满足各种材料“规定非比例应力”的求取，似乎是一个比较好的方法。但从国标对这一方法的描述来看，它只适合人工手动图解计算，而不适合计算机自动处理。这是因为：*，由于计算机采集的数据为离散数据，单从采集的数据组上判断滞后环的位置（交叉点）一般情况下是不可能 ，除非使用采集到的离散数据进行曲线函数拟合，再以此曲线函数进行分析，才可找出滞后环位置（交叉点）。但要找出这一函数，却是非常困难的事情；第二，由于此方法要预估出其规定的非比例应力，这在某些情况下是比较困难的事情，由于预估值的偏差可能导致不存在滞后环（对存在直线段的材料且预值值太小的情况）或滞后环位于“规定非比例应力平行线”的左侧（参见GB/T4338）从而需要找出试验曲线的“包迹线” （参见GB/T4338  11.1.2条），这在通常情况下不可能自动实现，且此方法在一次试验中只能求取单一的规定的非比例应力，是一种既费时、费力又浪费资源的方法，除非不得已才选用。因此在要求自动处理试验结果的场合不适用。

逐级加载法：

这一方法可以简单的描述为“土法上马”的办法，在无法绘制“力—变形曲线”（更别提自动采集数据）的场合或没有材料试验机而使用力值砝码进行加载的场合下应急使用，当然它就只能是人工处理结果了，由于现阶段这种情况已很少发生，所以就不多分析。

综上所述，在标准规定的4种试验方法中“平行线法”“逐步逼近法”是两种zui基本的方法，互补使用可基本满足“规定残余应力”值的求取，因而在配备计算机系统的试验机中，应该具有这两种不同的处理算法，以满足不同的情况需要。同时应该具有的曲线显示、打印功能，以实现在特殊情况下采用“滞后环法”手动处理，弥补前两种方法的不足。

参考文献：

GB/T 228-2002         金属材料室温拉伸试验方法

GB/T 4338-1995        金属材料高温拉伸试验方法

GB/T 7341-1987        金属压缩试验方法

GB/T 10128-1998       金属室温扭转试验方法