T/CSTMXXXXX—202X

金屬材料薄板和薄帶循環加載-卸載法測定楊氏模量衰減

警示——使用本文件的人員應有正規實驗室工作的實踐經驗。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責任采取適當的安全和健康措施，并保證符合國家有關法規規定的條件。

1范圍

本文件規定了規定了金屬薄板材料循環加載-卸載試驗方法的原理、試樣及其尺寸測量、試驗設備、

試驗條件及操作、性能測定、測定結果處理和試驗報告。

本文件適用于金屬薄板的循環加載-卸載試驗及楊氏模量的測定。

2規范性引用文件

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

僅該日期對應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/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法

GB/T2975鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備

GB/T7314—2017金屬材料室溫壓縮試驗方法

GB/T10623金屬材料力學性能試驗術語

GB/T12160金屬材料單軸試驗用引伸計系統的標定

GB/T16825.1金屬材料靜力單軸試驗機的檢驗與校準第1部分：拉力和（或）壓力試驗機測

力系統的檢驗與校準

GB/T22066靜力單軸試驗機用計算機數據采集系統的評定

GB/T22315金屬材料彈性模量和泊松比試驗方法

3術語和定義

GB/T228.1和GB/T10623界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

拉伸楊氏模量Young'smodulusintension

在彈性范圍內軸向拉應力與相應應變的比值。

3.2

壓縮楊氏模量Young'smodulusincompression

3

T/CSTMXXXXX—202X

在彈性范圍內軸向壓應力與相應應變的比值。

3.3

初始模量initialmodulus

塑性應變為零時計算所得的拉伸楊氏模量。

3.4

穩定模量stablemodulus

經循環加載-卸載，材料模量趨于穩定時的值。

注：楊氏模量為正應力和線性應變下的彈性模量特例。

[來源：GB/T10623-2008，有修改]

3.5

模量衰減指數modulus'sdecayexponent

表征循環加載-卸載過程中材料楊氏模量減小的速率。

3.6

弦線模量chordmodulus

在彈性范圍內軸向應力-軸向應變曲線上任兩規定點之間弦線的斜率。

3.7

應變速率strainrate

用引伸計的標距進行測量時，單位時間的應變增加值。

3.8

平行長度應變速率估計值estimatedstrainrateovertheparallellength

根據橫梁位移速率和試樣平行長度計算的試樣平行長度的應變單位時間內的增加值。

3.9

試驗速率testspeed

v

在試驗過程中，試驗機夾頭互相接近的速率。

3.10

軋制方向rollingdirection

軋制工藝中板材運動的方向，與軋輥軸線方向垂直。

3.11

均勻延伸率percentagetotalextensionatmaximumforce

單軸拉伸試驗中最大力時原始標距的總延伸與引伸計標距le之比的百分率。

4符號及說明

4

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本文件使用的符號及相應的說明見表1。

表1符號及說明

符號單位說明

試樣

RD—先進高強鋼板料的軋制方向

DD—與軋制方向呈45°的方向

TD—與軋制方向呈90°的方向

t0mm測得試樣的初始厚度

b0mm測得試樣的初始寬度

2

S0mm計算得試樣初始橫截面積

l0mm規定的標距

lcmm試樣平行長度

mm試樣軸向變形變化量

Lmm試樣總長度

k—比例系數（見表6.1）

試驗

FkN加載于試樣的軸向力，即拉伸試驗機橫梁載荷

vmm/s試驗速率

S-1平行長度估計的應變速率

lemm引伸計標距

N—循環加載-卸載次數

n—重復試驗次數

FckN夾緊力

試驗結果

SMPa工程應力

真實應力

%工程應變

%真實應變

E楊氏模量

弦線模量

%塑性應變

%循環試驗中卸載點的塑性應變

5

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MPa循環試驗中卸載點的應力

初始模量

穩定模量

—模量衰減指數

%均勻延伸率

r—各向異性系數，寬度方向和厚度方向塑性應變的比值

注1：，。

注2：應力-延伸率曲線的彈性部分的斜率值并不一定代表彈性模量。在最佳條件下（高分辨率，雙側平均引伸計，

試樣的同軸度很好等），彈性部分的斜率值與彈性模量值非常接近

5原理

試驗系用拉力拉伸試樣，以單向拉伸為基礎，增加不同應變點下的卸載-再加載循環過程，從而測

定第3節中定義的一項或幾項力學性能。

應變采用適合試樣尺寸的引伸計測量，精度滿足第6章要求，應變率滿足第8節要求。在待

測試的板材上分別沿RD、DD、TD三個方向制備試樣進行試驗，每種方向重復試驗次數n≥3，且至少獲得

3次重合性較好的實驗曲線，以確保試驗的準確性。每隔一定變化量在工程應變處將力卸載到零

（或接近零），然后進行反復加載-卸載過程，直至試樣拉斷，如圖1所示。

圖1加載示意圖

除另有規定以外，試驗一般在室溫10℃-35℃范圍內進行。對溫度要求較為嚴格的材料，試驗溫度

應在23℃±5℃范圍內。

6儀器和設備

6.1本試驗使用的設備包括：拉伸試驗機、引伸計、其他輔助裝置等。

6.2試驗機的測力系統應按照GB/T16825.1進行校準，并且其準確度應為1級或優于1級。

6

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6.3計算機控制拉伸試驗機應滿足GB/T22066。計算機控制拉伸試驗機應按生產公司要求定期進行維護

和校準，重點關注同軸度、穩定性、剛性位移等可能影響本規范試驗結果的因素。

6.4引伸計的準確度級別應符合GB/T12160的要求。測定屈服強度、屈服點延伸率等的試驗，應使用不

劣于1級準確度的引伸計;測定其他具有較大延伸率的性能，例如最大力延伸率和最大力塑性延伸率，應

使用不劣于2級準確度的引伸計。

6.5引伸計的標定周期建議為12個月，除非特殊要求，標定周期最長不應超過18個月，標定溫度18℃

~28℃。在每次修理或調整影響可能影響測量準確度的元器件后都應對引伸計進行重新標定。

6.5其他輔助裝置，例如力導向裝置、調平墊塊和約束裝置等的要求，應符合GB/T7314-2017中7.2~7.4

的規定。

7試樣

7.1試樣形狀

試樣的形狀取決于被試驗的金屬產品的形狀與尺寸。對于鋼板或鋁板，其試樣一般取自厚度

0.1mm~3mm的薄板。參考標準GB/T228.1相關要求，對試樣形狀應符合如下規定：試樣夾持端應比其

平行長度部分寬。夾持端與平行長度之間應有半徑r*至少為20mm的過渡圓弧相連接。頭部寬度應大

于1.2b0（b0為原始寬度）。

7.2試樣尺寸

7.2.1比例試樣尺寸見表2。平行長度不應小于l0+b0/2,有爭議時，平行長度應為l0+2b0，除非材料尺寸

不足夠。

表2比例試樣尺寸單位為毫米

k=5.65k=11.3

a

b0r

l0lcl0lc

10

12.5

15

20

a優先采用比例系數k=5.65的比例試樣

7.2.2當對每支試樣測量尺寸時，應滿足表3給出的尺寸公差和形狀公差要求。

表3試樣寬度公差單位為毫米

試樣的名義寬度尺寸公差a形狀公差b

12.5±0.050.06

20±0.100.12

25±0.100.12

a如果試樣寬度公差滿足要求,原始橫截面積可用名義值而不必通過實際測量再計算。

b

形狀公差為試樣整個平行長度l0范圍，寬度測量值的最大最小之差。

7.2.3試樣尺寸可根據實際需求按上述規范進行調整，對于高強度鋼板的研究性實驗，本文件規定了優

選的試樣尺寸如圖2所示，對采用不同試樣尺寸的試驗結果是不可比較的。

7

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單位為毫米

圖2推薦的試樣尺寸

7.3試樣制備

7.3.1制備試樣應不影響其力學性能，應通過機加工方法去除由于剪切或沖切而產生的加工硬化部分材

料。這些試樣優先從板材或帶材上制備。如果可能，應保留原軋制面。

注：通過沖切制備的試樣，在材料性能方面會產生明顯變化。尤其是屈服強度或規定延伸強度，會由于加工硬化而

發生明顯變化。對于呈現明顯加工硬化的材料，通常通過銑削和磨削等手段加工。

7.3.2除非另有規定，試樣的軸線應在原始材料內按如下方法定位：對于厚度或平面間距離小于或等于

40mm的產品，在中心位置取樣；對于厚度、直徑或平面間距離為40mm的產品，在中心至表面的中間

位置取樣。

7.3.3推薦采用線切割方式制備試樣。對于薄的材料，建議將其切割成等寬度薄片并疊成一疊，薄片之

間用油紙隔開，每疊兩側夾以較厚薄片，然后將整疊進行機加工。

7.3.4機加工試樣的尺寸公差和形狀公差應符合表3的要求。例如對于名義寬度12.5mm的試樣，尺寸

公差為±0.05mm，表示試樣的實測寬度b0應在12.45mm～12.55mm之間。

7.3.5對于鋼板，試樣制備后應做好試樣的保存工作，宜放置于10℃-35℃環境，并注意防銹。試樣應盡

量避免層疊放置，必要時可在每層試樣之間用油紙隔開。

8試驗步驟

8.1原始橫截面積的測定

使用游標卡尺測量試樣的寬度，精確至0.01mm；使用螺旋測微器測量試樣的厚度，精確至0.001mm。

宜在試樣平行長度中心區域以足夠的點數測量試樣的初始厚度t0和初始寬度b0。原始橫截面積S0是平

均橫截面積，應根據測量的尺寸由公式計算并求算術平均值。

8.2實驗平臺搭建

8.2.1設定試驗力零點

對于大多數試驗機和試樣，由于間隙、試樣弧度和原始夾頭對中等原因，當對試樣施加很小的試驗

力時會對引伸計的輸出量產生較大的偏差。在試驗裝置安裝完成后，試樣兩端被夾持之前，應設定力測

量系統的零點。一旦設定了力值零點，在試驗期間力測量系統不能再發生變化。

注：上述方法一方面是為了確保夾持系統的重量在測力時得到補償，另一方面是為了保證夾持過程中產生的力不影

響力值的測量。

8.2.2試樣的夾持

8

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8.2.2.1將試樣與試驗機軸線對中夾持，應使用例如楔形夾頭、螺紋夾頭、平推夾頭、套環夾具等合適

的夾具夾持試樣。應盡量減小彎曲。

8.2.2.2試樣夾持端的寬度范圍應全部包含在夾持力作用范圍內，同時夾持長度應不少于2b0。試樣夾

緊力的選擇應根據試樣厚度和試樣材料強度進行調整。推薦的夾緊力：

a)厚度t≤1mm時，夾緊力Fc≥材料抗拉強度的60%；

b)厚度1mm＜t≤1.5mm時，夾緊力Fc≥材料抗拉強度的70%；

c)對于較厚的試樣再適當增加;

8.2.2.3如有必要，為了得到直的試樣和確保試樣與夾頭對中，可以施加不超過規定強度或預期屈服強

度5%相應的預拉力。宜對預拉力的延伸影響進行修正。

8.2.3應變速率控制

8.2.3.1對于本文件設計的循環加載-卸載試驗，應變速率應符合GB/T228.1的規定，并推薦取下限。

速度應盡可能保持恒定。

8.2.3.2本文件推薦由試樣的平行長度lc對應變速率進行估算，見公式（1），并通過調整拉

伸試驗機橫梁的位移速率來調整應變速率。

（1）

式中：（1）應變速率推薦值為0.1s?1至0.0001s?1。

注：為了避免發生絕熱膨脹或絕熱收縮的影響，并能夠準確測定軸向力和相應的變形，試驗速度不

應過高，但為了避免蠕變影響，速度不應太低。

8.2.4引伸計的使用

8.2.4.1測量試樣軸向變形時，可使用單個引伸計測量試樣平均變形，或在試樣兩側分別固定一個軸向

引伸計。

8.2.4.2應保證引伸計測量基準線與試樣中心線平行，且盡可能位于試樣平行段中部。

8.2.4.3應保證引伸計與試樣裝夾相對穩定，若試樣拉伸過程中引伸計脫落，應終止試驗并調整引伸計

安裝夾緊力。

注：測量模量的準確度取決于測量應變的精度。增加標距長度可以提高測量應變的精度，但前提是

必須保證加工試樣平行段的公差要求。

8.2.5其他要求

8.2.5.1試驗機夾持裝置應能使試樣承受軸向力，在初軸向力與終軸向力之間，在各個方向上在試樣相

對兩側測定的應變變化量與其平均值之差的最大值（即最大彎曲應變)不超過平均值的3%。

8.2.5.2隨后將與單拉機信號通道連接好的引伸計裝夾在試件測量段中部，接著編輯好PC端的控制程

序，至此完成試驗平臺的搭建。

8.3加卸載試驗

8.3.1加卸載試驗以標準單向拉伸試驗為基礎，首先對試件進行準靜態拉伸，當到達預定的工程應變時

將力卸載到零，然后增加不同應變下的卸載后重新加載，依次反復直至試樣斷裂。

9

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8.3.2加卸載試驗過程要求在小于2%應變下有至少3個卸載點，在2%至均勻延伸率Ap階段有至少3

個點。

本文件建議的實驗流程設置如下：

a)首先加載至工程應變0.5%，然后卸載至應力為0；

b)再次加載至工程應變1%，然后卸載至應力為0；

c)再次加載至工程應變1.5%，然后卸載至應力為0；

d)再次加載至工程應變2%，然后卸載至應力為0；

e)再次加載至工程應變2.5%，然后卸載至應力為0；

f)再次加載至工程應變3%，然后卸載至應力為0；

g)按照1%的間隔，加載并卸載，直到接近均勻延伸率Ap結束。

9試驗數據處理

9.1總則

通過拉伸機的軸向拉力除以試件原始截面積即可計算得到工程應力，同時通過引伸計測量得到試件中心

處的工程應變。然后通過工程應力-應變和真實應力-應變的公式計算出試件加卸載過程中的真實應力、

真實應變。參考相關文獻計算每段卸載曲線的平均楊氏模量，最后擬合獲得每段卸載曲線平均楊氏模量

和卸載點塑形應變的關系，并得到關系方程。

9.2應力應變曲線的獲取

9.2.1工程應力-工程應變曲線

9.2.1.1工程應力是按照原始橫截面面積計算的軸向應力，其值為試驗期間任一時刻的力除以試樣原始

橫截面積的商，見公式（2）：

（2）

9.2.1.2引伸計測得試樣軸向變形變化量除以引伸計標距le得到工程應變，見公式（3）:

（3）

9.2.1.3對于比例試樣，如果原始標距計算值與其標記值之差小于10%l0，可將原始標距計算值按GB/T

10

T/CSTMXXXXX—202X

8170修約至最接近5mm的倍數。

9.2.1.4當斷裂發生在原始標距以內時，采用引伸計提取與試樣中心垂直距離為的兩點間試樣

的延伸率，如圖3所示。

圖3引伸計測量方法

9.2.1.5當斷裂發生在原始標距以外時，獲取的試驗數據無效，重新進行試驗。

9.2.1.6將取得的數據逐點描跡，即可畫出工程應力-工程應變曲線，見圖4。

圖4加載-卸載工程應力-應變曲線

9.2.2真實應力-真實應變曲線

9.2.2.1真實應變與工程應變之間有下述換算關系，見公式（4）：

…………………（4）

9.2.2.2真實應力與工程應力之間有下述換算關系，見公式（5）：

………（5）

9.2.2.3將計算得到的數據逐點描跡，即可畫出真實應力-真實應變曲線如圖5所示。

11

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圖5加載-卸載真實應力-應變曲線

9.3衰減楊氏模量測定

9.3.1為了研究卸載楊氏模量，定義弦線模量為在某個應力范圍內應力應變曲線的斜率，如圖6中

紅線所示。工程應用中，可以采用本規范提供的應力范圍來計算其中一段卸載曲

線的弦線模量，為卸載點的真實應力。計算完每段卸載曲線的弦線模量后，通過數學擬合可以獲得卸

載階段弦線模量和對應卸載點塑形應變的數學關系。

圖6卸載曲線計算弦線模量的應力范圍

9.3.2推薦采用楊氏模量指數衰減方程式(6)對弦線模量隨卸載點塑性應變變化的散點數據進行擬合[1]，

進而得到材料三個方向的楊氏模量衰減參數：初始模量、穩定模量及衰減指數。

（6）

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其中初始模量表示塑性應變時材料的楊氏模量，即材料未變形時的彈性模量；楊氏模量衰減速

度隨著塑性應變的增大而減小，當塑性應變增大到一定值時，彈性模量趨于穩定，趨于

穩定的彈性模量稱為穩定模量，記作；衰減指數反映了模量的衰減速度，衰減指數

越大，模量衰減得越快。

9.3.3工程中常用數據處理軟件擬合弦線模量和塑性應變的關系，并計算出衰減方程的參數，進而用于

回彈仿真的參數設置中。

9.4試驗結果數值的修約

9.4.1計算所得的楊氏模量和弦線模量取3位有效數字。

9.4.2試驗測定的其他性能結果數值應按照相關產品標準的要求進行修約。如未規定具體要求，應按照

如下要求進行修約：

——強度性能值修約值1MPa；

——卸載點延伸率修約值0.5%。

10測量不確定度

10.1總則

測量不確定度分析對于辨識測量結果不一致性的主要來源是很有用的。基于本規范得到的產品標準

和材料性能的數據庫以及較早版本的規范對測量不確定度都有內在的貢獻。因此根據測量不確定度進行

調整是不恰當的，為了順從失效產品而冒險也是不恰當的。正因為此，按照一下步驟推到出來的不確定

度的估計值也僅僅是個參考值，除非客戶特別指明。

10.2試驗要求

本規范規定的試驗條件和極限不應考慮測量不確定度而進行調整，除非客戶特別指明。

10.3試驗結果

10.3.1估計的測量不確定度不應與測量結果組合起來評判是否滿足產品標準要求，除非客戶特別指明。

10.3.2如果試樣符合要求，試驗全過程均符合本規范的規定，則測得的模量的精度在1%量級。有關不

確定度參見附錄B。還有利用準拉伸標樣來評定不確定度的，參見文獻[2]。

11試驗報告

試驗報告應包括下列內容：

a）本文件編號；

b）識別樣品、實驗室和試驗日期所需的全部資料；

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c）結果及其表示；

d）注明試驗條件信息；

e）測定中發現的異?，F象；

f）對結果可能已產生影響的本文件中未作規定的各種操作或任選的操作。

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附錄A

（資料性）

考慮設備剛度（或柔度）的應變速率修正

A.1公式（A.1）沒有考慮試驗裝置(機架、力傳感器、夾具等）的彈性變形。這意味著應將變形分為試

驗裝置的彈性變形和試樣的彈性變形。橫梁位移速率只有一部分轉移到了試樣上。試樣上產生的應變速

率由式(A.1)給定：

(A.1)

式中：

—試樣上產生的應變速率，單位為每秒(s-1)；

—試驗速率，即橫梁位移速率，單位為毫米每秒(mm/s)；

—給定時刻應力-應變曲線的斜率，單位為兆帕(MPa)；

—原始橫截面積，單位為平方毫米(mm2);

—試驗裝置的剛度，mm?N-1(在試驗裝置的剛度不是線性的情況下，比如楔形夾頭，應取

相關參數點附近的剛度值)；

—試樣的平行長度，單位為毫米(mm)。

注：從應力-應變曲線彈性段獲得的和不能用。

A.2試樣上產生應變速率所需地的橫梁位移速率可以由公式（A.2）計算得到，單位為毫米每秒

(mm/s)：

(A.2)

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附錄B

（資料性）

測量結果不確定度的評定

B.1重復試驗A類相對標準不確定度分項

對于n次重復試驗測量結果，試驗標準偏差按貝塞爾公式（B.1）計算：

式中，,則

B.2試驗設備B類相對標準不確定度分項的評定

B.2.1試驗機測力系統示值誤差帶來的相對標準不確定度

1.0級的拉力試驗機示值誤差為±1.0%，按均勻分布考慮:

B.2.2標準測力儀的相對標準不確定度

使用0.3級的標準測力儀對試驗機進行檢定。重復性。可以看成重復性極限，

則其相對標準不確定度為：

B.2.3計算機數據采集系統帶來的相對標準不確定度

計算機數據采集系統所引入的B類相對標準不確定度為：

B.2.4試驗設備B類相對標準不確定度分項

=

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B.3原始橫截面積B類相對標準不確定度分項的評定

測定原始橫截面積時，測量每個尺寸應準確到±0.5%。

B.4拉伸速率帶來的相對標準不確定度分項的評定

假設試驗得出在拉伸速率變化范圍內強度測量值最大相差2X（MPa），強度測量平均值為

，則拉伸速率對強度測量的影響為±X（MPa），按均勻分布考慮：

B.5相對合成不確定度的計算

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T/CSTMXXXXX—202X

附錄C

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件起草單位：

本文件主要起草人：

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T/CSTMXXXXX—202X

參考文獻

[1]FusahitoYoshida,TakeshiUemori,etal.Elastic-Plasticbehaviorofsteelsheetsunderin-plane

cyclictension-compressionatlargestrain[J].InternationalJournalofPlasticity,2002,18:633-659

[2]李和平，周星.借助準標樣測算拉伸試驗測量不確定度的方法[J].理化檢驗-物理分冊,

2005,41(6):289-300.

_________________________________

19

ICS77.040.10

CCSH22

團體標準

T/CSTMXXXXX—202X

金屬材料薄板和薄帶循環加載-卸載法測

定楊氏模量衰減

Metallicmaterial—Sheetsandstrips—Cyclicloading-unloadingtestmethodfor

theYoung'smodulusattenuation

（征求意見稿）

202X-XX-XX發布202X-XX-XX實施

中關村材料試驗技術聯盟發布

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金屬材料薄板和薄帶循環加載-卸載法測定楊氏模量衰減

警示——使用本文件的人員應有正規實驗室工作的實踐經驗。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責任采取適當的安全和健康措施，并保證符合國家有關法規規定的條件。

1范圍

本文件規定了規定了金屬薄板材料循環加載-卸載試驗方法的原理、試樣及其尺寸測量、試驗設備、

試驗條件及操作、性能測定、測定結果處理和試驗報告。

本文件適用于金屬薄板的循環加載-卸載試驗及楊氏模量的測定。

2規范性引用文件

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

僅該日期對應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/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法

GB/T2975鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備

GB/T7314—2017金屬材料室溫壓縮試驗方法

GB/T10623金屬材料力學性能試驗術語

GB/T12160金屬材料單軸試驗用引伸計系統的標定

GB/T16825.1金屬材料靜力單軸試驗機的檢驗與校準第1部分：拉力和（或）壓力試驗機測

力系統的檢驗與校準

GB/T22066靜力單軸試驗機用計算機數據采集系統的評定

GB/T22315金屬材料彈性模量和泊松比試驗方法

3術語和定義

GB/T228.1和GB/T10623界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

拉伸楊氏模量Young'smodulusintension

在彈性范圍內軸向拉應力與相應應變的比值。

3.2

壓縮楊氏模量Young'smodulusincompression

3

T/CSTMXXXXX—202X

在彈性范圍內軸向壓應力與相應應變的比值。

3.3

初始模量initialmodulus

塑性應變為零時計算所得的拉伸楊氏模量。

3.4

穩定模量stablemodulus

經循環加載-卸載，材料模量趨于穩定時的值。

注：楊氏模量為正應力和線性應變下的彈性模量特例。

[來源：GB/T10623-2008，有修改]

3.5

模量衰減指數modulus'sdecayexponent

表征循環加載-卸載過程中材料楊氏模量減小的速率。

3.6

弦線模量chordmodulus

在彈性范圍內軸向應力-軸向應變曲線上任兩規定點之間弦線的斜率。

3.7

應變速率strainrate

用引伸計的標距進行測量時，單位時間的應變增加值。

3.8

平行長度應變速率估計值estimatedstrainrateo