1定义
拉伸试验（Tensile Test）：在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其他拉伸性能指标。拉伸试验又可称为拉力试验。
测定材料在拉伸载荷作用下的一系列特性的试验，又称抗拉试验。它是材料机械性能试验的基本方法之一，主要用于检验材料是否符合规定的标准以及研究材料的性能。
拉伸强度（Tensile Strength）：材料产生最大均匀塑性变形的应力。在拉伸试验中，试样至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以MPa表示。拉伸强度的计算公式如下：
R m=F m/（a·b）
式中：R m——
—拉伸强度（MPa）；
F m——
—最大负荷（N）；
a——
—试样厚度（mm）；
b——
—试样宽度（mm）。
计算时采用的面积是断裂处试样的原始截面积，而不是断裂后端口截面积。
标距（Gauge Length）：测量伸长用的试样圆柱或棱柱部分的长度。在具体试验中，金属材质较厚
高速公路金属设施材料的
拉伸试验分析
王峣
（交通运输部公路科学研究院，北京100088）
摘要：金属护栏属于半刚性护栏，它是一种以波纹状钢护栏板相互拼接并由主柱支撑的连续结构。它利用土基、立柱、横梁的变形来吸收碰撞能量，并迫使失控车辆改变方向，恢复到正常的行驶方向，防止车辆冲出路外，减少事故造成的损失。结合《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228-2002），对护栏检测中的拉伸试验部分进行介绍和分析，具有一定的参考价值。
关键词：拉伸强度；拉伸曲线；屈服强度；延伸率
中图分类号：U417.12文献标识码：A文章编号：1002-4786（2010）12-0006-04
DOI：10.3869/j.issn.1002-4786.2010.12.001
Highway Metallic Material Tensile Test Analysis
WANG Yao
（Rearch Institute of Highway，Ministry of Transport，Beijing100088，China）
Abstract：Metal fence belongs to mi-rigid guardrail.It is a kind of continuous structure，which is fo
rmed by corrugated steel fence panels jointing and supported by the main pillar.It utilizes the deformation of soil ba，upright column and beam to absorb impact energy and force vehicles out of control to change direction and come back to the normal driving direction in order to prevent the vehicles from running off the road and reduce the loss caud by accidents.Combining with"Metallic Materials Tensile Testing at Ambient Temperature"（GB/T228-2002），the tensile test of fence detection is introduced and analyzed，which has a certain reference value.手工钩针编织地毯
Key words：tensile strength；tensile curve；yield strength；extension percentage
6
R d1
0.8
L0
L工作部分
夹持部分
过渡部分
图1标距示意图
σ
δ
A
D
C
B钢琴十级曲目
O
入党申请书1000字
图2拉伸试验变形曲线
的一般加工为哑铃型圆柱试棒，金属材质较薄的一般加工为试片，如图1所示。
引伸计（Extensometer Gauge）：用于测量试件标距间轴向及径向变形的装置。通常由传感器、放大器和记录器三部分组成。传感器直接和拉伸试样接触。试样拉伸，传感器长度随之拉伸，并把这种变形转换为机械信息并自动记录下来。
伸长率（Percentage Elongation）：又称延伸率，是指材料试样受拉伸载荷折断后，总伸长度同原始长度比值的百分数，可用下式表示：
A=（L b-L a）/L a×100%
断后收缩率（Percentage Reduction of Area）：材料试样在受拉伸载荷拉断后，断面缩小的面积同原截面面积比值的百分数，可用下式表示：
Z=（S0-S a）/S0×100%
弹性模量（Elastic Modulus）：材料在弹性变形阶段内，正应力与对应的正应变的比值。
最大力（Maximum Force）：试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。对于无明显屈服（连续屈服）的金属材料，为试验期间的最大力。
2拉伸试验的测试指标
在拉伸试验过程中强度指标和塑性指标是经常要测定的性能指标。
拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标。强度通常是指材料在外力作用下抵抗弹性变形、塑性变形和断裂的能力。材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象就是屈服。也就是说当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到A点（如图2所示）后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此将它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度。
但是在拉伸试验过程中会遇到没有明显屈服点的试样，通常把材料产生的残余塑性变形为0.2％时的应力值作为屈服强度，称为条件屈服极限或条件屈服强度，用σ0.2表示。材料在断裂前所达到的最大应力值，称为抗拉强度或强度极限，用σb表示，单位为Pa。
金属护栏试样在试验时如果有明显的屈服点，在实际使用中，若受到了过强的冲击力的作用，护栏会
先发生弹性应变，而后破坏会暂时停止，因为达到了护栏的屈服点强度，从该时刻开始，护栏会进入塑性变形阶段，但护栏的抗拉性能也大幅度提高了，所以破坏会暂时停止，这样就避免了汽车冲断护栏的现象。如护栏试样在试验时没有出现明显的屈服点，则说明它的试验抗拉强度是特别大的，但破坏前没有征兆，无缓冲现象。
塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不致破坏的能力，常用的塑性指标是延伸率A和断后收缩率Z，计算公式如下：
A=（L K-L0）/L0×100%
Z=（S0-S a）/S0×100%
式中：A——
—延伸率；
Z——
—断后收缩率；
L0——
—拉伸试样原始标距长度；
L K——
—拉伸试样破断后标距的长度；
S0——
—拉伸试样原始断面积；
S a——
—拉伸试样破断处的断面积。格林童话白雪公主
在测量面积时，将试样断裂部分仔细配接在一起，使其轴线处于同一条直线上，对于矩形横截面试样（如图3所示），测量缩颈处的最大宽度和最小厚度，两者之间的乘积为最小截面面积。
3试验方法
试验中采用静拉力对试样进行拉伸，测量力和相应的伸长量，一般拉至断裂，测定一项或几项力学性能。试样可以是材料全截面的，也可以加工成圆形或矩形的标准试样。隔离栏、刺丝等一些实物
单位为毫米
σb
σa
σs
t
7
L u
S u
b u
图3矩形横截面试样
图4
试样的屈服、径缩和断裂
P （N ）
k
b
s e
p
描写的拼音
P p
P e
P s
P b
P k
o
Δ（mm ）
图5拉伸曲线图
样品一般不需要加工而保持其全截面进行试验。试样制备时应避免材料组织受冷、热加工的影响，并保证一定的光洁度。图4所示为试样的屈服、径缩和断裂示意图。
试验时，试验机以规定的速率均匀地拉伸试样，试验机可自动绘制出拉伸曲线图（见图5）。对于低碳钢等塑性好的材料，在试样拉伸到屈服点时，可将试验断裂后的试样拼合，通过测量其伸长值和断
钢琴课教案面缩小值而计算出其屈服点。
由试验机绘出的拉伸曲线，实际上是载荷－伸长曲线。将载荷坐标值和伸长坐标值分别除以试样
原截面积和试样标距，就可得到应力－应变曲线图。图中op 部分为直线，应力与应变成正比，它们的比值为弹性模量，P p 是成正比时的最大载荷，p 点应力为比例极限σp 。继续加载时，曲线偏离op ，直到
e 点，这时如卸去载荷，试样仍可恢复到原始状态，
若过e 点试样便不能恢复原始状态。e 点应力为弹性极限σe 。工程上由于很难准确测得σe ，常取试样残余伸长达到原始标距的0.01％时的应力为弹性极限，以σ0.01表示。继续加载荷，试样沿es 曲线变形达到s 点，此点应力为屈服点（强度为σs ）或残余伸长为0.2％的条件屈服点（屈服强度为σ0.2）。过s 点继续增加载荷至拉断前的最大载荷b 点，这时的载荷除以原始截面积就是强度极限σb 。在b 点以后，试样继续伸长，而横截面积减小，承载能力开始下降，直到k 点断裂。断裂瞬间的载荷与断裂处的截面的比值称为断裂强度。
4试验中应注意的问题4.1拉伸速度
在弹性变形阶段，金属的变形量很小而拉伸载荷迅速增大。这时候如果以横梁位移控制来做拉伸试验，
那么速度太快会导致整个弹性段很快就被冲
祝安好过去。以弹性模量为200GPa 的普通钢材为例，如果标距为50mm 的材料，在弹性段内以10mm/min 的速度进行拉伸试验，那么实际的应力速率为
200000N/（mm 2·s ）×10mm/min ×1min/60s ×1/50mm =
666N/（mm 2·s ），一般的钢材屈服强度小于600MPa ，
所以只需要1s 就把试样拉到了屈服，这个速度显然太快。所以在弹性段，一般都选择采用应力速率控制或者负荷控制。塑性较好的材料试样过了弹性段以后，载荷增加不大，而变形增加很快，所以为了防止拉伸速度过快，一般采用应变控制或者横梁位移控制。所以《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/
T 228-2002）建议：在弹性范围内直至上屈服强
度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在
规定的应力速率范围内（材料弹性模量E ＜150000N/mm 2，应力速率控制范围为2N/（mm 2·s ）~20N/（mm 2
·s ）；材料弹性模量E ≥150000N/mm 2，应力速率控制范围为6N/（mm 2·s ）～60N/（mm 2·s ）），若仅测定下
屈服强度，在试样平行长度的屈服期间，应变速率应在0.00025s -1～0.0025s -1之间；平行长度内的应变
σu
8
表1与材料无关的参数误差
注：假定按照检定过的1级引伸计计算
材料
R P0，2平均值
（N/mm2）
应变速率对R P0，2
的影响（%）
等效误差
（%）铁素体钢：
管线钢
板钢
680
315
0.1
1.8
±0.5
±0.9奥氏体钢235 6.8±3.4镍基合金：
NICr20Ti
NICrCoTiA125-20
325
790
2.8
1.9
±1.4
±0.95
表2与材料有关的参数误差
速率应尽可能保持恒定。在塑性范围和规定强度（规定非比例延伸强度、规定总延伸强度和规定残余
延伸强度）内，应变速率不应超过0.0025s-1。这里面有一个关键的问题，就是应力速度与应变速度的切换点的问题，最好是在弹性段结束的点进行应力速度到应变速度的切换。在切换的过程中要保证没有冲击、卸力现象。
4.2引伸计的拆装
对于钢材的拉伸试验，如果要求取最大力下的总伸长量，那么引伸计就必须跟踪到最大力以后再取下。对于金属薄板等拉断后冲击不大的试样，引伸计可以直接跟踪到试样断裂；但是对于拉力较大的试样，最好的办法是试验机拉伸到最大力以后开始保持横梁位置不动，等取下引伸计以后再把试样拉断。有的夹具在夹紧试样的时候会产生一个初始力，一定要把初始力消除以后再夹持引伸计，这样引伸计夹持的标距才是试样在自由状态下的原始标距。
4.3试验中的误差
由于在试验过程中会出现误差，故用误差累计方法评估拉伸试验的测量不确定度。
4.3.1与材料无关的参数
可以用常规方法和根方法计算与材料无关的参数。与材料无关的参数其误差见表1。
ppt布尔运算
由于应力-应变曲线的形状特点，有些拉伸性能原则上能以较高的密度测定。比如，上屈服度仅
取决于力和横截面积的测量误差，但规定强度却取
决于力、位移、标距和横截面积的测量误差，断面
收缩率要考虑试验前后横截面积的测量误差。
4.3.2与材料有关的参数
对于室温拉伸试验，材料受应变速率或应力速
率控制参数影响明显的拉伸性能是上屈服强度、下
屈服强度和伸长应力。抗拉强度也与应变速率相
关，但在试验中，通常以比伸长应力高得多的应变
速率进行试验测定，一般受应变速率的影响呈现较
小的敏感性。表2所示为与材料有关的参数误差。
测量的总不确定度就是把与材料无关的参数和
与材料有关的参数进行合成，比如，板钢的不确定
度为±22+0.92
姨=±2.2%。
5结语
以上是对金属拉伸试验的介绍和对容易出现的
问题所作的一些分析，针对这些问题来改进试验步
骤和操作规程，可以获得更准确的试验数据，提高
试验的质量。
参考文献
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要求[J].现代测量与实验室管理，2008，（6）：27－
29.
[4]熊丽霞，吴庆华.材料力学实验[M].北京：科学
出版社，2006.
收稿日期：2010-09-16
9
