一、工作簡況

1.任務(wù)來源

根據(jù)中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會［2021］202號文件“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《汽車用薄

鋼板第4部分：雙向拉伸試驗十字形拉伸試樣方法》的立項公告”所下達(dá)的中國材料與試驗

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)修訂計劃，《汽車用薄鋼板第4部分：雙向拉伸試驗十字形拉伸試樣方法》標(biāo)準(zhǔn)列

入中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)修訂計劃，計劃編號為CSTMLX990000793—2021。該標(biāo)準(zhǔn)由

鞍鋼股份有限公司牽頭，北京航天航空大學(xué)、大連理工大學(xué)、中汽研（天津）汽車工程研

究院有限公司、中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟、鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司、武漢鋼鐵有

限公司、上海大學(xué)、奇瑞汽車股份有限公司、中國第一汽車集團(tuán)有限公司、泛亞汽車技術(shù)

中心有限公司、中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司等單位起草。計劃于2021年完成審

定，本標(biāo)準(zhǔn)由中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會CSTM/FC99綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會歸口。

2.標(biāo)準(zhǔn)起草過程

2020年1月調(diào)研收集國內(nèi)外雙向拉試驗技術(shù)試樣設(shè)計、加工和試驗設(shè)備等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文

獻(xiàn)、技術(shù)資料。

2020年2月-4月針對汽車薄板十字形拉伸試樣進(jìn)行設(shè)計，對GBT36024-2018中推薦的

試樣進(jìn)行仿真模擬，查看應(yīng)力應(yīng)變集中區(qū)，驗證標(biāo)準(zhǔn)中推薦試樣的可行性。

2020年4月-5月按照GBT36024-2018中推薦的試樣進(jìn)行實際的驗證試驗，通過試驗發(fā)

現(xiàn)中間變形比較小，為增加中間關(guān)注區(qū)域的變形量，設(shè)計中間減薄試樣。

2020年6-7月對中間減薄的十字拉伸形試樣以DP980為材料數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析，觀察中

心區(qū)域的變形量及受力均勻程度驗證減薄試樣的可行性。

2020年8-11月采用DP980材料對中間減薄試樣進(jìn)行試驗，驗證仿真結(jié)果的正確性，得

到了很好的試驗結(jié)果，但通過試驗發(fā)現(xiàn)壁上開槽經(jīng)常斷在壁上，加工試樣在開槽的端口處容

易產(chǎn)生缺陷。

2020年12月-2021年3月起草小組針對經(jīng)常斷在開槽處和開槽加工精度等問題，設(shè)計了

兩款試樣，并對這兩款試樣進(jìn)行仿真模擬。

2021年3-8月，完成新設(shè)計的兩款試樣的實際試驗驗證工作，證明試樣設(shè)計的有效性。

1

2021年8月，中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會

召了《汽車薄板雙向拉伸試驗十字形拉伸試樣》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項審查會，將該標(biāo)準(zhǔn)納入汽車用

薄板系列試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，題目修改成《汽車用薄鋼板第4部分：雙向拉伸試驗十字形拉伸試

樣方法》。

2021年9月收到中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會下發(fā)的《關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《汽車用薄鋼

板第4部分：雙向拉伸試驗十字形拉伸試樣方法》的立項公告》(材試標(biāo)字[2021]202號)。

2021年9月組建標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，選定標(biāo)準(zhǔn)GBT36024-2018中1-6部分針對試樣設(shè)計

等內(nèi)容重新起草編制本標(biāo)準(zhǔn)草案稿。

2022年2月，由中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會秘書處將項目建議書、標(biāo)準(zhǔn)以及編制

說明發(fā)送到中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會委員及有代表性的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)方。

4.主要起草人及其所承擔(dān)的工作簡要說明

李蕭彤、劉仁東：項目總負(fù)責(zé)，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)起草、制定驗證試驗計劃。

蘇洪英、呂冬：雙軸拉伸驗證試驗。

陳楊凱、郎利輝、常穎：雙軸拉伸試樣設(shè)計。

呂冬、蘆延鵬、曹政：雙軸拉伸試樣加工

梁笑、徐鑫、郝志強(qiáng)、李春林、陸曉鋒、丁庶煒：數(shù)據(jù)分析及仿真模擬。

林利、王姝、孟憲明、王麗敏、王蓬、張南、張賽、王存宇、沈克、高怡斐、史文、李

軍、宋偉佳、王彩梅、祝鐵柱、張松闖、張仲榮：項目協(xié)調(diào)與溝通

二、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

1、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況

汽車用冷軋板材通常具有明顯的各向異性，而在板材的成形過程中通常承受的都是復(fù)雜

載荷，依靠單向拉伸試驗得到的材料應(yīng)力應(yīng)變曲線無法完全表征材料承受復(fù)雜載荷的實際情

況，導(dǎo)致板料成形模擬的準(zhǔn)確度有限。因此采用雙軸拉伸試驗十字形試樣研究不同加載路徑

下板料塑性屈服行為能更準(zhǔn)確的反映板料成形實際情況。

近年來，隨著我國汽車、航空等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對材料性能數(shù)據(jù)提出了更高的要求，

特別是光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，使雙軸應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的準(zhǔn)確測量

成為了可能，更好的服務(wù)于薄板成形數(shù)值模擬設(shè)計，全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會結(jié)合我國在雙

軸拉伸試驗技術(shù)的現(xiàn)狀和研究成果于2018年發(fā)布了雙向拉伸試驗的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T

36024-2018。

2

長期以來，雙軸拉伸試驗十字形試件的設(shè)計都是雙軸試驗應(yīng)用中一個難點，我國的相關(guān)

的國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦了試樣形式比較單一，不能滿足國內(nèi)外多種雙軸拉伸試驗機(jī)的要求，因此，

迫切需要在歸納與總結(jié)國內(nèi)外雙向拉伸試驗技術(shù)的基礎(chǔ)上制訂滿足多種試驗設(shè)備要求的統(tǒng)一

規(guī)范可行的雙向拉伸十字形樣件的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)供行業(yè)內(nèi)使用，為上述發(fā)展迅猛的產(chǎn)業(yè)提供薄板

成形數(shù)值模擬設(shè)計之用的試驗數(shù)據(jù)，促進(jìn)我國工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2、制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

本標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、

不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、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)的修訂工作。

本標(biāo)準(zhǔn)修改采用GBT36024-2018《金屬材料薄板和薄帶十字形試樣雙向拉伸試驗

方法》1-6部分，針對雙向拉伸試驗用十字形拉伸試樣做了部分修改和增加。在起草過程中，

主要按GB/T1.1-2020《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》要求編寫。在

確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，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、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度及理由，以及與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)

水平對比情況，或與測試的國外樣品的有關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

本標(biāo)準(zhǔn)修改采用GBT36024-2018《金屬材料薄板和薄帶十字形試樣雙向拉伸試驗

方法》1-6部分，針對雙向拉伸試驗用十字形拉伸試樣做了部分修改和增加。

本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)內(nèi)容上一部分GBT36024-2018的1-6部分基本一致，在以下幾方面進(jìn)

行了較大修改和補(bǔ)充：

—刪除了引言部分；

—對1范圍內(nèi)容做了修改，僅保留十字形試樣相關(guān)內(nèi)容；

—規(guī)范性引用文件刪除了關(guān)于試樣過程及方法等方面的引用；

—符號與說明僅保留試樣設(shè)計相關(guān)的說明，添加了一部分說明；

—對國標(biāo)中推薦的試樣的局部減薄位置及比例進(jìn)行更具體推薦；

—增加了一種雙向拉伸試驗試樣形狀；

—對原有雙向拉伸試驗試樣進(jìn)行優(yōu)化；

—對取樣位置和試樣加工做了補(bǔ)充說明。

四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容（包括牌號、成分、性能指標(biāo)、型號、各種參數(shù)、公式、試

驗方法、檢驗規(guī)則等）確定的論據(jù)（包括試驗、驗證、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等），修訂標(biāo)

3

準(zhǔn)時，應(yīng)列有新舊標(biāo)準(zhǔn)的對比分析。

無

五、主要試驗（或驗證）結(jié)果的分析、綜述報告、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)

效果等。

本團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)起草小組成員長期從事汽車板材力學(xué)性能檢驗工作，德國Zwick-Z100雙軸拉

伸試驗機(jī)為本標(biāo)準(zhǔn)的起草和試驗提供了硬件支持，采用CATRA、ANSA、LS-DANY等仿真模擬軟

件進(jìn)行模擬試驗。雙向拉伸試驗用十字形試樣設(shè)計主要有兩個關(guān)鍵問題：一是要盡量減少兩

個方向拉伸載荷的相互影響，保證中心區(qū)兩個主方向應(yīng)力、應(yīng)變的均勻性和一致性，提高試

驗數(shù)據(jù)的可靠性；二是由于十字形試樣容易在兩臂交接的尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使此處過早

破裂而使試驗中斷，造成中心區(qū)應(yīng)變量小，應(yīng)力-應(yīng)變曲線不完整；三是盡量減少加工精度

對試驗結(jié)果的影響。

本標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中主要進(jìn)行了四方面的工作：

1、為了進(jìn)一步驗證國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T36024-2018推薦試樣的適用性，本標(biāo)準(zhǔn)起草小組設(shè)計

了如下驗證試驗：

解決問題一通常采用在十字臂上開均勻分布的縫隙（槽）來達(dá)到目的，按照GB/T

36024-2018推薦試樣繪制標(biāo)準(zhǔn)試樣圖正好符合要求，設(shè)計用于仿真模擬的試樣按照國標(biāo)中的

試樣要求如圖1進(jìn)行尺寸的具體設(shè)定，考慮德國Zwick-Z100雙軸拉伸試驗機(jī)設(shè)備的實際工況

設(shè)計。

4

圖1國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的臂上開槽十字形拉伸試樣

具體尺寸參數(shù)：1、B=50mm，L=50mm，C=100mm，R=2mm，a=2mm

2、狹縫寬度=0.3mm

采用DP980鋼種數(shù)據(jù)設(shè)置設(shè)置材料卡片，應(yīng)變速率為0.05s-1，在X、Y軸方向施加應(yīng)力比

1:1進(jìn)行雙向拉伸試驗仿真。仿真的試驗效果如圖2所示，可以觀察到應(yīng)力主要集中在四個

臂上。

(a)前期應(yīng)力集中(b)中期應(yīng)力集中(c)后期應(yīng)力集中

圖2國標(biāo)試樣仿真圖

在德國Zwick-Z100雙軸拉伸試驗機(jī)設(shè)備上采用DP980鋼種按照應(yīng)變比1:1在常溫下進(jìn)行

實際雙向拉伸試驗，加工的試樣尺寸與仿真模擬設(shè)計一致，實際試驗多個試樣斷在夾持臂上

與仿真一致，分析原因主要由于臂上開槽設(shè)計對試樣加工的精度要求比較高，導(dǎo)致開槽臂上

的應(yīng)力比中心有效區(qū)域更加集中。

2、為關(guān)鍵解決問題二設(shè)計以國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T36024-2018所推薦的基本尺寸和臂上開縫為

5

基礎(chǔ)，在中心區(qū)進(jìn)行雙邊減薄的十字形試件以增加中心區(qū)的應(yīng)變量，設(shè)計試樣尺寸如圖3所

示：

圖3國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上中心減薄試樣

具體尺寸參數(shù)：1、B=50mm，L=50mm，C=100mm，R=2mm，a=2mm，a0=1mm,L0=20mm。

2、狹縫寬度=0.3mm

設(shè)置仿真模擬的參數(shù)和條件與不減薄的試樣相同，試驗的仿真結(jié)果如圖4所示，可以看

出試樣應(yīng)力集中在中心區(qū)域，驗證試樣減薄是可行的，但是減薄的邊緣也存在應(yīng)力集中，適

當(dāng)調(diào)整減薄范圍能夠優(yōu)化應(yīng)力集中效果，并且這種試樣已經(jīng)有很多研究機(jī)構(gòu)和高校的試驗中

得到驗證。

6

圖4國標(biāo)推薦中間減薄試樣仿真

3、針對國標(biāo)中推薦試樣加工復(fù)雜和精度要求高的局限性，同時解決關(guān)鍵問題一要求設(shè)

計對上文減薄試樣進(jìn)行了優(yōu)化，加寬了槽的寬度，其他的設(shè)計尺寸也在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行了

調(diào)整，并對改進(jìn)后的試樣進(jìn)行受力分析，加寬的槽可以采用激光切割或線切割加工時減小教

工精度對試樣和試驗結(jié)果的影響，試樣設(shè)計及具體尺寸如圖5所示。

圖5國標(biāo)推薦中間減薄試樣的改進(jìn)

仿真模擬設(shè)置的條件和材料與以上兩種仿真模擬相同，對改進(jìn)后減薄試樣進(jìn)行仿真模擬，

觀察中心位置的受力情況，繪制仿真模擬圖如圖6所示。

7

圖6單元格劃分

圖7應(yīng)力云圖

模擬材料參數(shù)：屈服強(qiáng)度為621MPa，抗拉強(qiáng)度997MPa。受力情況如圖7所示，表1中列

舉了不同時間點中心區(qū)域的應(yīng)力分布情況，應(yīng)力單位均為Mpa，可以看出應(yīng)力在該區(qū)域內(nèi)，

差別很小，尤其在中心線上差別幾乎可以忽略。

表1中心區(qū)域應(yīng)力分布情況

時間/s0.100.150.200.250.30

最大應(yīng)力/MPa410.9705.3843.9963.71058.0

最小應(yīng)力/MPa401.0696.1832.8949.51041.0

差值/MPa9.99.211.114.217

差值占比/%2.441.311.321.481.62

4、針對中間減薄試樣減薄加工的困難，設(shè)計了一款中心不減薄，加長壁上開槽的長度，

使開槽的長度延長到夾具內(nèi)部，減少開槽端口處缺陷對試樣和試驗的影響，具體的試樣形狀

和尺寸如圖8所示。

8

圖8開槽延長非減薄十字形拉伸試樣

本標(biāo)準(zhǔn)化起草小組對該試樣進(jìn)行了仿真模擬，模擬材料參數(shù)：屈服強(qiáng)度為628MPa，抗拉

強(qiáng)度997MPa，對試樣不同時間點中心區(qū)域的應(yīng)力分布情況如表2所示，可以看出中心變形區(qū)

域受力比較均勻。

表2中心區(qū)域應(yīng)力分布情況

時間/s0.100.200.300.400.500.6

最大應(yīng)力/MPa75.3403.8547.0615.6665.5696.7

最小應(yīng)力/MPa75.0402.4540.8608.6658.0687.7

差值/MPa0.261.46.277.59.0

差值占比/%0.350.351.141.141.131.30

9

開槽延長非減薄十字形拉伸試樣的受力云圖如圖9所示，通過仿真模擬可得該試樣是合

理的，后面將用試驗來驗證試樣設(shè)計的可行性。

圖9開槽延長非減薄十字形拉伸試

5、驗證設(shè)計試樣的可行性，本標(biāo)準(zhǔn)起草小組對設(shè)計的試樣根據(jù)實際雙軸拉伸試驗機(jī)的實

際工況完成驗證試驗。依據(jù)GB/T36024《金屬材料薄板和薄帶十字形試樣的雙向拉伸測試

方法》中關(guān)于試驗方法的要求，雙向拉伸試驗主要的加載方式有兩種，一種為力值比控制方

式，另一種為應(yīng)變速率比控制方式。

鑒于目前國內(nèi)某些雙向拉伸試驗機(jī)采用力值比和應(yīng)變速率比控制兩種方式實施困難，采

用位移速率比控制居多，本工作組在德國Zwick公司生產(chǎn)的Z100雙向拉伸試驗機(jī)如圖10上

分別采用力值比、應(yīng)變速率比、位移速率三種不同的控制方式進(jìn)行試驗。

圖10雙向拉伸試驗機(jī)

6、對減薄試樣驗證試驗，采用應(yīng)變速率比控制，主控制方向拉伸速率為0.00001/s，中

心區(qū)應(yīng)變的初始測量區(qū)域為20mm×20mm，變形的應(yīng)變值由非接觸式視頻引伸計測定，采用的

加載比例分別為（軋制方向與橫向的應(yīng)變速率比）4:0、4:1、4:2、4:3、4:4、3:4、2:4、1:4、

0:4，試驗采集的數(shù)據(jù)為試件十字臂上的載荷和試件中心區(qū)的應(yīng)變，按照GB/T36024《金屬

10

材料薄板和薄帶十字形試樣的雙向拉伸測試方法》中附錄A中屈服面的測量方法進(jìn)行試驗數(shù)

據(jù)的處理，得到QP980鋼的屈服軌跡如圖11所示，通過實驗結(jié)果可以看出減薄試樣是可行、

有效的。

圖11減薄試樣應(yīng)變速率比控制的QP980鋼屈服軌跡

7、對未減薄試樣進(jìn)行驗證試驗，分別采用應(yīng)變速率比、力值比和位移速率比控制進(jìn)行驗

證試驗。

1）應(yīng)變速率比控制

主控制方向拉伸速率為0.00001/s，中心區(qū)應(yīng)變的初始測量區(qū)域為20mm×20mm，變形的

應(yīng)變值由非接觸式視頻引伸計測定，采用的加載比例分別為（軋制方向與橫向的應(yīng)變速率比）

4:0、4:1、4:2、4:3、4:4、3:4、2:4、1:4、0:4，試驗采集的數(shù)據(jù)為試件十字臂上的載荷和

試件中心區(qū)的應(yīng)變，得到的QP980鋼的屈服軌跡如圖12所示。

圖12未減薄試樣應(yīng)變速率比控制的QP980鋼屈服軌跡

2）力值比控制

主控制方向拉伸速率為25N/s，中心區(qū)應(yīng)變的初始測量區(qū)域為20mm×20mm，變形的應(yīng)變

11

值由非接觸式視頻引伸計測定，采用的加載比例分別為（軋制方向與橫向的比例）4:0、4:1、

4:2、4:3、4:4、3:4、2:4、1:4、0:4，試驗采集的數(shù)據(jù)為試件十字臂上的載荷和試件中心區(qū)

的應(yīng)變。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到未減薄試樣力值比控制的QP980鋼屈服軌跡如圖13所示。

圖13未減薄試樣力值比控制的QP980鋼屈服軌跡

3）位移速率比控制

主控制方向拉伸速率為0.005mm/s，中心區(qū)應(yīng)變的初始測量區(qū)域為20mm×20mm，變形的

應(yīng)變值由非接觸式視頻引伸計測定，采用的加載比例分別為（軋制方向與橫向的比例）4:0、

4:1、4:2、4:3、4:4、3:4、2:4、1:4、0:4，試驗采集的數(shù)據(jù)為試件十字臂上的載荷和試件

中心區(qū)的應(yīng)變，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到未減薄試樣位移速率比控制的QP980鋼屈服軌跡如圖14所

示。

圖14未減薄試樣位移速率比控制的QP980鋼屈服軌跡

4）力值比、應(yīng)變速率比、位移速率比三種控制方式屈服軌跡比較

12

圖15不同控制模式的屈服軌跡

由圖15可知，載荷比控制和應(yīng)變速率比在不同變形階段所得到的屈服軌跡吻合得很好，

位移速率比稍差一些，特別是在大變形1%和2%時。

8、QP980減薄與未減薄試樣屈服軌跡比