CSTM-金屬材料 管 雙向加載試驗(yàn)方法（征求意見稿）編制說明

一、工作簡況1、任務(wù)來源根據(jù)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會)材試標(biāo)字[2021]247號文件“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料管雙向加載試驗(yàn)方法》的立項(xiàng)公告”(標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃編號：CSTMLX010000830-2021)的要求，由大連理工大學(xué)牽頭，負(fù)責(zé)制定CSTM團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料管雙向加載試驗(yàn)方法》。本項(xiàng)目為標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目，歸口管理委員會為CSTM/FC01鋼鐵材料領(lǐng)域委員會，參與標(biāo)準(zhǔn)制定的主要起草單位有大連理工大學(xué)等。該項(xiàng)目計(jì)劃于2022年完成審定。2、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況具有彎曲軸線和異形截面的復(fù)雜管狀零件，已在汽車、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通常情況下，利用原始圓截面管材制造這些零件時(shí)，管材內(nèi)部受到壓力介質(zhì)的作用而在環(huán)向產(chǎn)生拉力，管材的軸向既可能受到拉伸載荷也可能受到壓縮載荷，即管材處于雙向拉-拉、拉-壓應(yīng)力狀態(tài)。金屬管材在不同應(yīng)力狀態(tài)下會表現(xiàn)出不同的變形行為和力學(xué)特性，對于各向異性明顯的鋁合金、鎂合金擠壓管材更是如此。此時(shí)，需要測試金屬管材在不同雙向應(yīng)力狀態(tài)下的彈塑性變形行為和力學(xué)特性。利用擬建立的金屬管材雙向加載試驗(yàn)方法，可以使被測試管材試樣在各種雙向加載條件下發(fā)生變形，從而獲得金屬管材在不同雙向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，進(jìn)而準(zhǔn)確描述雙向應(yīng)力條件下金屬管材的彈塑性變形行為和力學(xué)特性，為復(fù)雜異形管件成形過程的理論分析、數(shù)值仿真等提供科學(xué)數(shù)據(jù)。同時(shí)，也可為金屬管材生產(chǎn)單位和應(yīng)用單位提供專用的管材力學(xué)性能測試評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。綜上，應(yīng)當(dāng)建立測試金屬管材在雙向加載（拉-拉、拉-壓）條件下彈塑性變形行為和力學(xué)特性的方法。3、主要工作過程起草(草案、調(diào)研)階段:計(jì)劃下達(dá)后，2021年8月CSTM/FC01鋼鐵材料領(lǐng)域委員會委托歸口秘書單位，全國鋼標(biāo)委力學(xué)分委員會組織各起草單位成立了起草工作組，由大連理工大學(xué)為組長單位，負(fù)責(zé)主要起草工作。工作組在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺上建立專用的可控雙軸加載試驗(yàn)裝置，以GB/T38719-2020規(guī)定的金屬薄壁管雙軸應(yīng)力應(yīng)變曲線的測定為基礎(chǔ)，進(jìn)一步拓展到增加軸向拉或壓載荷，驗(yàn)證雙軸加載試驗(yàn)方法的適用性。2021年9月至2022年2月，工作組完成《金屬材料管雙向加載試驗(yàn)方法》(草案稿)，編制完成了通過拉-拉或拉-壓雙軸加載的方式確定雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的計(jì)算程序，并與SCI公開發(fā)表的高水平材料學(xué)文獻(xiàn)中的雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行廣泛比對確認(rèn)。2022年3月形成《金屬材料管雙向加載試驗(yàn)方法》(征求意見稿)與標(biāo)準(zhǔn)編制說明。征求意見階段:2022年4月18日，由CSTM鋼鐵材料領(lǐng)域委員會秘書處將標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿和編制說明發(fā)送到全國鋼標(biāo)委力學(xué)分委員會委員及有代表性的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)方廣泛征求意見，同時(shí)在《鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)》網(wǎng)站上公開征求社會意見，為期1個(gè)月時(shí)間。4、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作項(xiàng)目主要參與單位：項(xiàng)目主要分工：二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。本標(biāo)準(zhǔn)在起草過程中主要按GB/T1.1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》和GB/T20001.4《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時(shí)，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。三、主要技術(shù)內(nèi)容編制說明本文件給出了應(yīng)用管材雙向加載試驗(yàn)測定金屬管材在整個(gè)拉-拉、拉-壓雙向應(yīng)力狀態(tài)下的雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的方法。與單向拉伸試驗(yàn)及管材液壓脹形試驗(yàn)相比，本文件所提供的試驗(yàn)方法可獲得與管材實(shí)際變形相符的更大應(yīng)力比范圍的雙向應(yīng)力狀態(tài)。依據(jù)本文件給出的方法獲得的結(jié)果能夠更加準(zhǔn)確地反映管材彈塑性變形特性和力學(xué)特性，可以為復(fù)雜異形管件成形過程的理論分析、數(shù)值仿真等提供可靠數(shù)據(jù)。同時(shí)，也可為金屬管材生產(chǎn)單位和應(yīng)用單位提供專用的管材力學(xué)性能測試評價(jià)方法。作為一種測試材料力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)方法，必須對實(shí)現(xiàn)金屬管材“雙向加載”變形的原理、試驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)采集和分析、試驗(yàn)結(jié)果的分析處理等進(jìn)行具體限定。本文件規(guī)定了金屬材料管雙向加載試驗(yàn)的范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、符號及說明、試驗(yàn)原理、設(shè)備、試樣、試驗(yàn)步驟、曲率半徑的確定、應(yīng)力的確定、雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的確定和試驗(yàn)報(bào)告。1）標(biāo)準(zhǔn)名稱標(biāo)準(zhǔn)名稱為：“金屬材料管雙向加載試驗(yàn)方法”。標(biāo)準(zhǔn)的名稱主要體現(xiàn)“雙向加載”，“雙向”是指金屬材料管的環(huán)向和軸向。雙向加載試驗(yàn)測定金屬管材在整個(gè)拉-拉、拉-壓雙向應(yīng)力狀態(tài)下的雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的方法。采用該標(biāo)準(zhǔn)名稱，充分且準(zhǔn)確地反映了本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容。2）范圍本部分說明和限定了標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和應(yīng)用范圍。參照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》和GB/T20001.4《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求，以及本標(biāo)準(zhǔn)屬于“測試方法”類型，因此本標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了試驗(yàn)的術(shù)語和定義、符號及說明、試驗(yàn)原理、設(shè)備、試樣、試驗(yàn)程序、曲率半徑的確定、應(yīng)力的確定、雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線確定和試驗(yàn)報(bào)告。在范圍中，限定了本標(biāo)準(zhǔn)適用于壁厚不小于0.5mm且徑厚比（外徑與壁厚比）大于20的圓形截面薄壁金屬材料管（包括無縫管和焊管）。該范圍包含了目前塑性加工復(fù)雜管狀零件時(shí)所采用的原始管坯的種類和尺寸、規(guī)格。3）規(guī)范性引用文件為充分保證本標(biāo)準(zhǔn)條款的可依性和可行性，本標(biāo)準(zhǔn)中引用和參考了最新版的國內(nèi)和國際、國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。所引用的標(biāo)準(zhǔn)“GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法”和“GB/T15825.2金屬薄板成形性能與試驗(yàn)方法第2部分：通用試驗(yàn)規(guī)程”規(guī)定了金屬材料特別是薄板/薄帶的性能測試方法和規(guī)程?！癎B/T38684-2020金屬材料薄板和薄帶雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線脹形試驗(yàn)光學(xué)測量方法”規(guī)定了薄板和薄帶的雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線脹形試驗(yàn)方法，“GB/T38719-2020金屬材料管測定雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的液壓脹形試驗(yàn)方法”規(guī)定了管材雙軸應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)性能的方法，引用該標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)管材雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線測定。標(biāo)準(zhǔn)“ISO16808-2014金屬材料板材和帶材基于液壓脹形及光學(xué)測量法測量雙軸應(yīng)力應(yīng)變曲線”涉及了采用液壓脹形及光學(xué)測量法測定板材雙軸應(yīng)力應(yīng)變曲線，用于補(bǔ)充規(guī)范本文件。4）術(shù)語和定義根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，對若干個(gè)概念進(jìn)行定義并引用了若干定義，選擇或確立最恰當(dāng)?shù)男g(shù)語，減少多義和同義現(xiàn)象，以避免信息交流過程中的歧義和誤解。本標(biāo)準(zhǔn)共給出8條術(shù)語及其定義，主要涵蓋雙軸加載、數(shù)字圖像光學(xué)測量方法、變形區(qū)幾何特征等。通過8條術(shù)語及其定義，明確了本標(biāo)準(zhǔn)所描述測試方法中的應(yīng)變和變形測量、試樣制備及結(jié)果處理所涉及的關(guān)鍵詞。5）符號及說明本部分給出了本標(biāo)準(zhǔn)里涉及的主要的符號及其說明，是為了統(tǒng)一文本中的符號規(guī)定，為了更方便和準(zhǔn)確理解標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)的表1中共給出23個(gè)符號及其說明，這23個(gè)符號包括了本標(biāo)準(zhǔn)中所有涉及的名詞、參數(shù)和性能指標(biāo)等。6）試驗(yàn)原理本部分詳細(xì)介紹應(yīng)用管材雙向加載試驗(yàn)測定金屬管材在整個(gè)拉-拉、拉-壓雙向應(yīng)力狀態(tài)下的雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線這一重要力學(xué)性能數(shù)據(jù)的方法。為本標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，是必不可少的部分。將管材試樣兩端密封并采用卡具與管材端部連接，利用液體介質(zhì)對試樣施加內(nèi)壓力的同時(shí)通過卡具施加軸向載荷，使試樣在設(shè)定的軸向和環(huán)向應(yīng)力路徑或應(yīng)變路徑下發(fā)生變形，同步分析獲得變形區(qū)中間點(diǎn)的軸向和環(huán)向應(yīng)力分量、應(yīng)變分量，繪制出雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線，試驗(yàn)原理如圖1所示。管材試樣軸向和環(huán)向應(yīng)力分量可由軸向載荷、液體壓力、變形區(qū)中間點(diǎn)A點(diǎn)的軸向和環(huán)向曲率半徑、變形區(qū)中間點(diǎn)A點(diǎn)的壁厚計(jì)算；管材試樣的軸向和環(huán)向應(yīng)變分量可由DIC系統(tǒng)測量得到。通過實(shí)時(shí)計(jì)算的應(yīng)力分量或測量的應(yīng)變分量作為反饋，調(diào)節(jié)液體壓力和軸向載荷使管材試樣按照設(shè)定的應(yīng)力路徑或應(yīng)變路徑加載。根據(jù)測量所得數(shù)據(jù)確定試樣雙向應(yīng)力狀態(tài)下環(huán)向和軸向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。這些曲線用于確定試樣材料的單位體積塑性功等值線（面），也即是屈服軌跡（面），全面準(zhǔn)確表征金屬管材在整個(gè)拉-拉、拉-壓雙向應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)性能。a)受力分析示意圖b)應(yīng)力分析示意圖說明：1——液體介質(zhì)輸入口；2——塞頭；3——管材試樣；4——坐標(biāo)系；5——軸向載荷；6——卡具；7——液體介質(zhì)；8——CCD鏡頭（屬于DIC系統(tǒng)）；9——軸向；10——徑向。圖1管材試樣雙向加載試驗(yàn)原理7）設(shè)備本標(biāo)準(zhǔn)給出了實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)所述試驗(yàn)方法時(shí)測試設(shè)備所應(yīng)具備的要求。這是實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)所述測試方法的必要要素。為了實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)所描述的試驗(yàn)方法，哈爾濱工業(yè)大學(xué)流體高壓成形技術(shù)研究所和大連理工大學(xué)高性能精密成形研究所自主開發(fā)了專用的“薄壁管雙軸應(yīng)力可控加載測試裝置”，如圖2所示。該裝置包括軸向加載單元、內(nèi)壓加載單元、變形測量單元和分析與控制單元。該裝置具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。該裝置具備以下特點(diǎn)：（1）采用DIC系統(tǒng)測量管試樣應(yīng)變和幾何形狀，所測應(yīng)變和軸向曲率半徑更加準(zhǔn)確，使得應(yīng)力計(jì)算精度更高；（2）省去應(yīng)變片粘貼和引伸計(jì)、球徑儀安裝等操作，簡化了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，避免了人為因素引入的測量誤差；（3）以電子萬能試驗(yàn)機(jī)為主體建立實(shí)驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)合理可靠、穩(wěn)定性好、軸向加載動作響應(yīng)速度快；（4）應(yīng)力比值范圍大，應(yīng)力路徑加載精度高，加載過程穩(wěn)定性好。利用該裝置可以測得任意環(huán)向拉應(yīng)力-軸向拉應(yīng)力、環(huán)向拉應(yīng)力-軸向壓應(yīng)力狀態(tài)下薄壁管的雙向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，用于研究薄壁管屈服特性、塑性流動特性、硬化特性及成形極限等。該裝置主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）最高脹形壓力：150MPa；（2）軸向極限載荷：±200kN；（3）應(yīng)力加載范圍：σz:σθ=-1:0~1:0；（4）軸向?qū)嶒?yàn)空間：拉-拉實(shí)驗(yàn)為460mm，拉-壓實(shí)驗(yàn)為800mm；（5）可測的管徑范圍見表1。表1裝置可測的管徑范圍抗拉強(qiáng)度(MPa)壁厚(mm)1003005007009000.5[10,70][10,70][10,70][10,70][10,70]1.0[20,70][20,70][20,70][20,70][20,70]1.5[30,70][30,70][30,70][30,62][30,48]2.0[40,70][40,70][40,65][40,47]×3.0[60,70][60,70]×××目前，該測試裝置已在國內(nèi)高等院校推廣應(yīng)用，廣泛用于鋼管、鋁合金管力學(xué)性能的測試，并為復(fù)雜異形管件成形過程的仿真分析提供重要力學(xué)性能數(shù)據(jù)，應(yīng)用取得成功，參見文獻(xiàn)（AnanisotropicconstitutivemodelforformingofaluminumtubesunderbothbiaxialtensionandpureshearstressstatesDOI：10.1016/j.ijplas.2022.103259）。(a)試驗(yàn)設(shè)備原理圖(b)實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)物圖2金屬材料管雙向加載試驗(yàn)設(shè)備8）試樣本標(biāo)準(zhǔn)給出了實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)的測試方法時(shí)試樣的具體要求，包括試樣的規(guī)格和試樣表面噴涂散斑的要求。是保證測試結(jié)果有效的必要內(nèi)容。本部分給出了試樣長度的計(jì)算公式：??=2??c+??0（1）式中：L0推薦取為(2.0~3.0)D0，也可以協(xié)商確定L0，但不能小于2D0。本標(biāo)準(zhǔn)中的L0稱為脹形區(qū)長度，之所以不能小于2D0，是因?yàn)槊浶螀^(qū)長度較小時(shí)端部卡具約束作用會產(chǎn)生附加應(yīng)力進(jìn)而影響中間變形區(qū)域受力分析，使得測試結(jié)果不可靠。通過理論分析發(fā)現(xiàn)，試樣端部卡具約束產(chǎn)生的附件應(yīng)力影響范圍約為0.5D0，試樣兩端各一個(gè)卡具?？紤]到分析試樣變形時(shí)需要一定大小的區(qū)域，因此將脹形區(qū)長度規(guī)定為不小于2D0。這對精確測試和評價(jià)金屬材料管的力學(xué)性能，或者對不同金屬材料管的力學(xué)性能進(jìn)行比較，具有重要意義。本部分對制取試樣時(shí)端部加工質(zhì)量做了規(guī)范，也對試樣表面質(zhì)量做了規(guī)范，目的是為了避免試樣試驗(yàn)時(shí)失效，以順利完成試驗(yàn)。對試樣表面噴涂的散斑做出了規(guī)定，是為了采用DIC測量系統(tǒng)準(zhǔn)確測量試樣變形數(shù)據(jù)。試樣端部應(yīng)與其軸線垂直，最大偏差不超過0.3°，是為了避免端面傾斜使得試樣在試驗(yàn)過程中受力不均而影響測試結(jié)果。9）試驗(yàn)步驟本部分給出了實(shí)施試驗(yàn)時(shí)的操作規(guī)范和流程，為保證測試過程順利展開提供了重要依據(jù)。對于焊管，其壁厚均勻性高，可選擇環(huán)向任意位置，但應(yīng)避開焊縫及附近弧長15mm區(qū)域。這是因?yàn)楹缚p附近0~15mm范圍內(nèi)是熱影響區(qū)，會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，因此需要避開該區(qū)域。通過軸向加載單元對試樣施加100N~300N的預(yù)加載荷。這是為了消除各連接環(huán)節(jié)的安裝間隙且不能使試樣產(chǎn)生塑性變形。向試樣內(nèi)部充入0.1MPa~0.2MPa的液體介質(zhì)。這是為了排除試樣內(nèi)部的氣體同時(shí)不能使試樣產(chǎn)生塑性變形。測量頻率一般不宜低于2幀/秒，對于應(yīng)變速率約為0.0001s-1的試驗(yàn)，測量頻率可為1幀/秒。這是為了確保試驗(yàn)過程中記錄足夠多的變形測量數(shù)據(jù)，同時(shí)測量速度又不能太快以降低對DIC系統(tǒng)的要求。10）雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測定為了計(jì)算確定最終的雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線，需要獲得整個(gè)試驗(yàn)全過程中試樣的應(yīng)力分量、應(yīng)變分量。試樣應(yīng)力分量可由液體介質(zhì)壓力、脹形區(qū)中間點(diǎn)壁厚、脹形區(qū)中間點(diǎn)軸向與環(huán)向曲率半徑計(jì)算。為此，本部分規(guī)定了曲率半徑、壁厚、應(yīng)變和雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的確定方法。11）試驗(yàn)報(bào)告本部分給出了推薦的測試試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容，為了詳盡記錄試驗(yàn)過程和具體的試驗(yàn)結(jié)果，為編制試驗(yàn)報(bào)告提供重要參考。12）附錄本標(biāo)準(zhǔn)主要的附錄有4個(gè)，分別為附錄A試驗(yàn)設(shè)備（規(guī)范性）、附錄B散斑噴涂方法（規(guī)范性）、附錄C試樣制備要求及方法（推薦性）和附錄D屈服軌跡的測量方法（資料性）。附錄A試驗(yàn)設(shè)備（規(guī)范性）對試驗(yàn)所需設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范。所提供的液體壓力p應(yīng)滿足式（2），所提供的軸向載荷T應(yīng)滿足式（3），其中軸向抗拉強(qiáng)度Rm按照GB/T228.1測得。QUOTEp>2t0RmD0………………QUOTEF>1.3pπD0-2t022………如此規(guī)定是為了確保試驗(yàn)?zāi)軌蛱峁┳銐虻妮d荷以加載到管實(shí)驗(yàn)破裂為止。附錄B散斑噴涂方法（規(guī)范性）對試樣表面散斑噴涂進(jìn)行詳細(xì)規(guī)范，確保采用DIC系統(tǒng)測量應(yīng)變、曲率半徑時(shí)的準(zhǔn)確性。附錄C試樣制備要求及方法（推薦性）推薦了試樣的制備方法，保證雙向加載試驗(yàn)時(shí)能夠施加足夠的軸向拉伸載荷和滿足密封性要求。附錄D屈服軌跡的測量方法（資料性）提供了確定被測試試樣屈服軌跡的方法。由此得到的雙向應(yīng)力狀態(tài)下的屈服軌跡有利于全面、定量評價(jià)金屬管材的塑性變形特征和確定符合金屬管材成形特點(diǎn)的屈服準(zhǔn)則，有利于提高金屬管材成形過程中有限元計(jì)算的預(yù)測精度ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA。四、主要試驗(yàn)情況標(biāo)準(zhǔn)起草小組根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)原理、試樣、設(shè)備、試驗(yàn)步驟、雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測定、試驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。所采用的鋁合金管材為捷安特輕合金有限公司提供的6061-O鋁合金無縫管，外徑60mm，壁厚1.8mm。所采用的試驗(yàn)設(shè)備如圖2所示。在σz-σθ應(yīng)力空間中設(shè)計(jì)了17個(gè)線性加載路徑，分別為σz:σθ=-1:0、-4:1、-2:1、-4:3、-1:1、-3:4、-1:2、-1:4、0:1、1:4、1:2、3:4、1:1、4:3、2:1、4:1和1:0，近似均勻分布在整個(gè)應(yīng)力空間的第一、二象限，如圖3所示。圖3金屬材料管雙向加載試驗(yàn)應(yīng)力路徑圖4所示為不同應(yīng)力加載路徑下金屬材料管雙向可控加載試驗(yàn)后的試樣。a)拉-壓應(yīng)力狀態(tài)b)拉-拉應(yīng)力狀態(tài)圖4不同應(yīng)力加載路徑下雙向應(yīng)力可控加載試驗(yàn)后的試樣圖5所示為6061-O鋁合金擠壓管雙向加載試驗(yàn)獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。該結(jié)果表征了金屬材料管的力學(xué)性能，用于分析雙向應(yīng)力狀態(tài)下的屈服行為和后繼塑性變形行為，還可以用于確定金屬材料管的屈服軌跡，如圖6所示。a)軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線b)環(huán)向應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖5雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖6用雙向加載實(shí)驗(yàn)測得的不同等效應(yīng)變時(shí)6061-O鋁合金擠壓管屈服軌跡利用圖6所示的屈服應(yīng)力點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以用于確定該金屬材料管的本構(gòu)模型，如Hill48、Barlat-Lian和Yld2000-2d，如圖7所示。利用建立的本構(gòu)模型可以對金屬材料管的塑性變形行為進(jìn)行全面預(yù)測，還可以用于有限元對金屬材料管的成形過程進(jìn)行準(zhǔn)確仿真。a)Hill48b)Barlat-Lianc)Yld2000-2d.圖7利用雙向加載試驗(yàn)結(jié)果建立的6061-O本構(gòu)模型驗(yàn)證測試試驗(yàn)表明，采用本標(biāo)準(zhǔn)提出的試驗(yàn)方法可以進(jìn)行金屬材料管雙向加載試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果獲得雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并進(jìn)一步分析得到材料的主要力學(xué)性能參數(shù)。試驗(yàn)方法簡單易行，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定可靠。因此，依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容具有較強(qiáng)的意義。五、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利問題。六、預(yù)期達(dá)到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況本標(biāo)準(zhǔn)采用內(nèi)壓和軸向力共同加載的軸向-環(huán)向雙向加載條件，使得金屬薄壁管材在不同雙向應(yīng)力比或應(yīng)力路徑下產(chǎn)生變形，直到發(fā)生設(shè)定的變形程度或直至破裂。實(shí)現(xiàn)的應(yīng)力狀態(tài)與金屬薄壁管材實(shí)際成形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)更為貼合，獲得的結(jié)果能夠更加準(zhǔn)確地反映管材彈塑性變形特性和力學(xué)特性。可以為復(fù)雜異形管件成形過程的理論分析、數(shù)值仿真等提供科學(xué)數(shù)據(jù)。通過標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，將規(guī)范金屬管材力學(xué)性能的測試方法，為金屬管材力學(xué)性能測量及評價(jià)提供可靠的依據(jù)，為指導(dǎo)和規(guī)范金屬管材生產(chǎn)、驗(yàn)收和應(yīng)用提供了依據(jù)。對規(guī)范金屬管材產(chǎn)品質(zhì)量，引導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)品市場良性發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。七、與國際、國外對比情況本標(biāo)準(zhǔn)沒有采用國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的編制主要依據(jù)大連理工大學(xué)高性能精密成形研究所和哈爾濱工業(yè)大學(xué)流體高壓成形技術(shù)研究所的最新研究成果，主體內(nèi)容詳細(xì)記載于本標(biāo)準(zhǔn)起草人之一張坤的博士學(xué)位論文（何祝斌教授、苑世劍教授為其導(dǎo)師）。本標(biāo)準(zhǔn)所描述測試方法的基本原理、理論模型、測試設(shè)備及試驗(yàn)程序等，以論文的形式同時(shí)發(fā)表于固體力學(xué)領(lǐng)域的國際著名期刊“國際塑性雜志”(InternationalJournalofPlasticity)和“國際機(jī)械科學(xué)”(InternationalJournalofMechanicalSciences)上。因此，本標(biāo)準(zhǔn)水平為國際領(lǐng)先水平。HeZB,ZhangK,LinYL,etal.AnAccurateDeterminationMethodForConstitutiveModelofAnisotropicTubularMaterialsWithDIC-basedControlledBiaxialTensileTest[J].InternationalJournalof