ICS19.060

CCST40

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSAEXX-2024

汽車用金屬材料斷裂應(yīng)變測(cè)試方法

Testmethodforfracturestrainofmetallicmaterialsfortheautomobile

（征求意見稿）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的該規(guī)范所涉必要專利信息連同支持性文件一并附上。

2024-xx-xx發(fā)布2024-xx-xx實(shí)施

中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布

T/CSAEXX–2024

目??錄

前言.....................................................................................................................................................................III

引言.....................................................................................................................................................................Ⅳ

1范圍................................................................................................................................................................-1-

2規(guī)范性引用文件............................................................................................................................................-1-

3術(shù)語(yǔ)、定義和符號(hào)........................................................................................................................................-1-

4試驗(yàn)原理........................................................................................................................................................-3-

5試樣................................................................................................................................................................-4-

6應(yīng)變分析圖案................................................................................................................................................-4-

7試驗(yàn)設(shè)備........................................................................................................................................................-4-

8試驗(yàn)過程........................................................................................................................................................-5-

9斷裂應(yīng)變分析................................................................................................................................................-5-

10試驗(yàn)報(bào)告......................................................................................................................................................-5-

附錄A（資料性附錄）試驗(yàn)試樣....................................................................................................................-6-

附錄B（資料性附錄）兩種斷裂特征及斷裂時(shí)刻確定方法........................................................................-8-

附錄C（資料性附錄）斷裂應(yīng)變分析過程示例..........................................................................................-10-

-I-

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-II-

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前??言

本文件按照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》的規(guī)定起

草。

請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別。專利的責(zé)任。

本文件由汽車工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)歸口。

本文件起草單位：中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司、中信金屬股份有限公司、重慶長(zhǎng)安汽車股份

有限公司、重慶數(shù)元道科技有限公司、清華大學(xué)蘇州汽車研究院（相城）、迅仿科技（上海）有限公司、

寶山鋼鐵股份有限公司、攀鋼集團(tuán)研究院有限公司、重慶賽力斯能源汽車設(shè)計(jì)院有限公司、山東鋼鐵集

團(tuán)日照有限公司、河鋼集團(tuán)邯鋼公司、武漢上善仿真科技有限責(zé)任公司、上海汽車集團(tuán)股份有限公司、

馬鞍山鋼鐵股份有限公司、中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司、北京科技大學(xué)、北京汽車研究總院有限公司、

吉利汽車研究院（寧波）有限公司、重慶大學(xué)、重慶科技大學(xué)、長(zhǎng)城汽車股份有限公司、首鋼集團(tuán)有限

公司、內(nèi)蒙古包鋼稀土鋼板材有限責(zé)任公司。

本文件主要起草人：

-III-

T/CSAEXX–2024

引??言

材料斷裂應(yīng)變測(cè)試一直是汽車材料應(yīng)用領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)和難點(diǎn)，目前尚無(wú)統(tǒng)一的斷裂應(yīng)變測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，

缺乏對(duì)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理等方面的規(guī)范化要求，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)法通用、數(shù)據(jù)難以復(fù)現(xiàn)

和評(píng)估、試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用于仿真分析精度較差等問題。因此，制定該技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)材料斷裂應(yīng)變測(cè)試，為

汽車合理選材、用材提供指導(dǎo)，對(duì)縮短汽車開發(fā)周期和降低開發(fā)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量和服役性能具有重

要意義。

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汽車用金屬材料斷裂應(yīng)變測(cè)試方法

1范圍

本文件描述了汽車用金屬板材在不同應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂應(yīng)變測(cè)試方法。

本文件適用于厚度0.7mm~3.5mm的金屬板材。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備

GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)

GB/T12160金屬材料單軸試驗(yàn)用引伸計(jì)系統(tǒng)的標(biāo)定

GB/T16825.1靜立單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)第1部分：拉力和（或）壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)

GB/T34104-2017金屬材料試驗(yàn)機(jī)加載同軸度的檢驗(yàn)

JJG139拉力、壓力和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程

JJG475電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程

JJG762引伸計(jì)檢定規(guī)程

JJG1063電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程

3術(shù)語(yǔ)、定義和符號(hào)

GB/T10623界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

米塞斯等效應(yīng)力equivalentstress

采用米塞斯屈服準(zhǔn)則將材料的應(yīng)力分量合成的單一應(yīng)力。見公式（1）。

2

()2()2()2

2122331

式中：

——米塞斯等效應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ1——第一主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ2——第二主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ3——第三主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）。

3.2

-1-

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靜水壓力hydro-staticpressure

p

材料受力時(shí)三個(gè)方向上的主應(yīng)力的算術(shù)平均值。

1

p（）

3123

式中：

p——靜水壓力，單位為兆帕（MPa）；

σ1——第一主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ2——第二主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ3——第三主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）。

3.3

應(yīng)力三軸度stresstriaxiality

靜水壓力與米塞斯等效應(yīng)力的比，表征材料的應(yīng)力狀態(tài)。

1

（）

p123

3

式中：

——應(yīng)力三軸度，單位為兆帕（MPa）；

p——靜水壓力，單位為兆帕（MPa）；

——米塞斯等效應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ1——第一主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ2——第二主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

σ3——第三主應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）。

3.4

等效應(yīng)變equivalentstrain

e

將材料的應(yīng)變分量合成的單一應(yīng)變。

2222

e9122331

式中：

e——等效應(yīng)變，無(wú)量綱；

?1——第一主應(yīng)變，無(wú)量綱；

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?2——第二主應(yīng)變，無(wú)量綱；

?3——第三主應(yīng)變，無(wú)量綱。

3.5

等效斷裂應(yīng)變equivalentfracturestrain

ef

材料發(fā)生斷裂時(shí)的等效應(yīng)變（3.4），常簡(jiǎn)稱為斷裂應(yīng)變。

3.6

像素pixel

構(gòu)成圖像的最小單位。

3.7

子區(qū)subset

用于識(shí)別和計(jì)算而在圖像上進(jìn)行分割的局部區(qū)域，是進(jìn)行圖像匹配和測(cè)量的基本單位。

3.8

步長(zhǎng)stepsize

圖像分析時(shí)?區(qū)的間隔距離。

4試驗(yàn)原理

材料的斷裂應(yīng)變與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，設(shè)計(jì)不同形狀和尺寸的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)力狀態(tài)條件

下的變形，通過確認(rèn)斷裂時(shí)刻和計(jì)算該時(shí)刻的等效應(yīng)變，從而獲得材料在不同應(yīng)力狀態(tài)條件下的斷裂應(yīng)

變。數(shù)字圖像相關(guān)法（簡(jiǎn)稱DIC）是一種非接觸式的全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量及分析方法，該方法通過記錄和分析

試樣變形區(qū)制備的散斑圖案從變形到斷裂過程的變化情況，獲得試樣變形過程中的全場(chǎng)應(yīng)變分布。斷裂

通常發(fā)生在局部區(qū)域，采用DIC分析可獲得觀測(cè)區(qū)域的斷裂應(yīng)變。

圖1材料應(yīng)力狀態(tài)與斷裂應(yīng)變

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5試樣

5.1試樣類型

為獲得材料在不同受力狀態(tài)條件下的斷裂應(yīng)變，宜采用多種不同應(yīng)力狀態(tài)試樣進(jìn)行試驗(yàn)（見附錄A）。

5.2試樣加工

5.2.1試樣加工應(yīng)符合GB/T2975要求。

5.2.2若無(wú)特殊要求，沿金屬板材的軋向方向取樣加工。也可按需求方要求進(jìn)行取樣加工，并在試驗(yàn)報(bào)

告中注明。

5.2.3宜采用銑削、線切割或其他不產(chǎn)生裂紋、加工硬化和改變?cè)嚇语@微組織的加工方法。加工過程宜

避免對(duì)試樣表面產(chǎn)生肉眼可見劃痕或其它表面缺陷，試樣表面的粗糙度Ra應(yīng)不大于1.6。

6應(yīng)變分析圖案

6.1為獲取試樣斷裂時(shí)的斷裂應(yīng)變，需在試樣一側(cè)表面制作應(yīng)變分析圖案。該圖案通常為一定尺寸和形

狀特征的散斑，散斑由位置隨機(jī)、近似圓形的斑點(diǎn)構(gòu)成。

6.2可采用噴涂、印刷、粘貼等方式在試樣表面制作散斑。散斑應(yīng)具有良好的附著性能、厚度均勻，在

試驗(yàn)過程隨試樣一起變形并不應(yīng)發(fā)生脫落。

6.3采用啞光材料制作散斑，避免出現(xiàn)炫光或鏡面反射。

6.4制作的散斑尺寸應(yīng)不低于3個(gè)像素，散斑在圖案中所占面積比應(yīng)不低于25%。

7試驗(yàn)設(shè)備

7.1試驗(yàn)機(jī)

7.1.1采用閉環(huán)控制的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)加載，試驗(yàn)機(jī)的同軸度應(yīng)不低于GB/T34104-2017中規(guī)定的10級(jí)，

試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力系統(tǒng)應(yīng)滿足GB/T16825.1要求，并按照J(rèn)IG139、JJG475或JJ1063進(jìn)行校準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度應(yīng)為1

級(jí)或優(yōu)于1級(jí)。

7.1.2試驗(yàn)機(jī)加載速度范圍應(yīng)滿足0.1mm/min～100mm/min。

7.1.3試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具備引伸計(jì)，引伸計(jì)應(yīng)符合GB/T12160的要求并按照J(rèn)JG762進(jìn)行校準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度應(yīng)為1

級(jí)或優(yōu)于1級(jí)。

7.1.4試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量通道的最大采樣頻率不低于50Hz。

7.1.5試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有力值與DIC圖像采集軟件同步模塊，保證機(jī)器采集數(shù)據(jù)和DIC采集的圖片一一對(duì)應(yīng)。

注：對(duì)于動(dòng)態(tài)拉伸或其它動(dòng)態(tài)斷裂試驗(yàn)，可參考T/CASE52-2016標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

7.2非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)

7.2.1非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)由工業(yè)相機(jī)、圖像采集軟件和應(yīng)變分析軟件構(gòu)成。

7.2.2工業(yè)相機(jī)的分辨率應(yīng)不低于2400像素×2400像素，采用CCD或CMOS傳感器，最大采樣頻率不低于

20幀/秒。避免使用具有自動(dòng)聚焦的鏡頭或相機(jī)。

7.2.3圖像采集軟件應(yīng)具有視場(chǎng)選擇、采樣頻率設(shè)置功能，采集的圖片可與試驗(yàn)機(jī)傳感器信號(hào)同步。

7.2.4應(yīng)變分析軟件能基于采集的試驗(yàn)圖像進(jìn)行應(yīng)變分析，應(yīng)具有散斑尺寸分析、散斑質(zhì)量評(píng)估、子區(qū)

和步長(zhǎng)設(shè)置、應(yīng)變分析等功能。

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T/CSAEXX-2024

8試驗(yàn)步驟

8.1清洗試樣表面油污和其它污染物，對(duì)試樣一側(cè)表面進(jìn)行輕微粗糙處理后制作應(yīng)變分析圖案。

8.2待應(yīng)變分析圖案固化后，將試樣帶有圖案一側(cè)朝向相機(jī)裝夾到試驗(yàn)機(jī)上，裝夾過程避免觸碰應(yīng)變分

析圖案。

8.3架設(shè)工業(yè)相機(jī)，保證拍攝過程無(wú)抖動(dòng)、試樣平面與相機(jī)光軸垂直、試樣中心與相機(jī)鏡頭位于同一水平

面。調(diào)整相機(jī)與試樣的距離，保證相機(jī)拍攝區(qū)域覆蓋試樣的變形區(qū)域。

8.4調(diào)節(jié)相機(jī)的光圈并設(shè)置焦點(diǎn)，保證圖像清晰、銳利。

8.5在試驗(yàn)機(jī)控制軟件中設(shè)置試驗(yàn)速度，通常采用1~10mm/min進(jìn)行試驗(yàn)。

8.6在圖像采集軟件中設(shè)置采樣頻率、曝光時(shí)間、信號(hào)同步及觸發(fā)。采樣頻率需根據(jù)材料性能和試驗(yàn)速

度共同確定，確保試驗(yàn)變形過程中的有效圖片數(shù)量不低于100張。設(shè)置曝光時(shí)間，避免圖像出現(xiàn)過曝光、

欠曝光和炫光。

8.7開始試驗(yàn)并采集試驗(yàn)過程中的載荷、位移、圖像數(shù)據(jù)，試驗(yàn)完成后保存相關(guān)數(shù)據(jù)。

8.8重復(fù)8.1~8.7，保證每種類型試樣的試驗(yàn)次數(shù)不低于3次。

9斷裂應(yīng)變分析

9.1將采集的試驗(yàn)圖像導(dǎo)入應(yīng)變分析軟件，觀測(cè)試驗(yàn)過程中變形區(qū)域的變化情況，確保斷裂發(fā)生前試樣

變形區(qū)域散斑未發(fā)生明顯脫落，確定試樣變形區(qū)域產(chǎn)生裂紋或發(fā)生斷開的時(shí)刻（參考附錄B）。

9.2根據(jù)參考尺寸長(zhǎng)度（試樣寬度或標(biāo)尺）計(jì)算圖像上的像素特征尺寸。

9.3選擇應(yīng)變分析區(qū)域，該區(qū)域宜盡量包括試樣塑性變形區(qū)域，試樣斷裂位置應(yīng)位于分析區(qū)域中間。

9.4設(shè)定應(yīng)變分析參數(shù)，主要包括子區(qū)和步長(zhǎng)。子區(qū)內(nèi)應(yīng)至少包括3個(gè)散斑，步長(zhǎng)的大小宜在子區(qū)大小

的三分之一到二分之一范圍內(nèi)。

9.5進(jìn)行圖像應(yīng)變分析，獲得應(yīng)變分析區(qū)域內(nèi)各應(yīng)變分量及等效應(yīng)變分布情況，記錄斷裂時(shí)刻變形區(qū)域

內(nèi)等效應(yīng)變最大值作為斷裂應(yīng)變。

注：分析過程可參考附錄C。

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下信息：

a）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法；

b）材料牌號(hào)（零件及取樣部位）、規(guī)格及狀態(tài)；

c）試樣幾何形狀及尺寸；

d）散斑制備方法及特征尺寸；

e）試驗(yàn)設(shè)備名稱、型號(hào)及參數(shù)；

f）試驗(yàn)的載荷-位移曲線；

g）應(yīng)變分析軟件、子區(qū)、步長(zhǎng)、斷裂應(yīng)變；

h）試驗(yàn)日期。

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AT/CSAEXX-2024

附錄A

（資料性）

試驗(yàn)試樣

增加條款，引出圖、表

表A.1不同應(yīng)力狀態(tài)的試驗(yàn)試樣

應(yīng)力三軸度試樣類型試樣結(jié)構(gòu)

0~0.2剪切試樣圖A.1

0.33~0.35單向拉伸試樣圖A.2

0.35~0.4中心孔圖A.3

0.4~0.55缺口圖A.4

0.6~0.67脹形圖A.5

圖A.1剪切試樣

圖A.2單向拉伸試樣

圖A.3中心孔試樣

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圖A.4缺口試樣

圖A.5脹形試樣

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附錄B

（資料性）

兩種斷裂特征及斷裂時(shí)刻確定方法

B.1概述

由于材料力學(xué)性能、受力狀態(tài)、散斑圖案粘附性等因素影響，試樣局部區(qū)域發(fā)生斷裂時(shí)，可能無(wú)法

直接從采集的圖片中觀察到基材斷裂情況，導(dǎo)致無(wú)法確定斷裂時(shí)刻。結(jié)合試驗(yàn)同步采集的力-時(shí)間（圖

片幀）曲線，可幫助確認(rèn)基材開始發(fā)生斷裂時(shí)刻。

B.2方法

B.2.1具有明顯斷裂特征試樣發(fā)生斷裂時(shí)，散斑圖案隨基材一起破裂，散斑圖案的連續(xù)性發(fā)生破壞（如

圖B.1）。該類型斷裂可直接通過對(duì)比前后圖片確認(rèn)斷裂時(shí)刻。

B.2.2對(duì)于不具有明顯斷裂特征的試驗(yàn)，基材發(fā)生斷裂時(shí)，散斑圖案仍保持連續(xù)特征，變形區(qū)域在試驗(yàn)

前、變形過程和斷裂后無(wú)顯著變化（如圖B.2）。該類型斷裂應(yīng)基于同步采集的力-圖片幀曲線確認(rèn)斷裂

時(shí)刻。

B.2.3按如下步驟確認(rèn)不具有明顯斷裂特征試驗(yàn)的斷裂時(shí)刻：

a）在同步采集的力-圖片幀曲線上，確定最大力值點(diǎn)；

b）計(jì)算最大力值點(diǎn)后各點(diǎn)與其前相鄰點(diǎn)的力值相對(duì)變化，當(dāng)力值相對(duì)變化率大于10%時(shí)，即認(rèn)為

該點(diǎn)為斷裂點(diǎn)；

c）根據(jù)斷裂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的圖片幀數(shù)，確認(rèn)斷裂時(shí)刻和斷裂圖片。

注：根據(jù)實(shí)際情況選擇力值相對(duì)變化率。

a）斷裂前b）斷裂后

圖B.1具有明顯斷裂特征的試驗(yàn)圖片

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a）試驗(yàn)前b）斷裂前c