ISO 26203-12025 金属材料-高应变率下的拉伸试验Spart 1弹性杆型系统标准立项发展报告

金属材料——高应变率下的拉伸试验第1部分：弹性杆型系统标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MetallicMaterials—TensileTestingatHighStrainRates—Part1:Elastic-bar-typeSystems摘要随着航空航天、国防军工、汽车安全及高端装备制造等领域的快速发展，金属材料在冲击、爆炸、碰撞等高应变率服役条件下的力学性能表征需求日益迫切。高应变率拉伸试验作为评估材料动态力学行为的关键手段，其测试方法的标准化直接关系到材料选型、结构设计及安全评估的科学性与可靠性。ISO26203-1:2025《金属材料——高应变率下的拉伸试验第1部分：弹性杆型系统》由国际标准化组织（ISO）发布，系统规定了采用弹性杆型系统（含SplitHopkinsonTensionBar，SHTB）进行金属材料高应变率拉伸试验的术语定义、试验原理、设备要求、试样制备、试验程序及结果处理等内容。本报告从标准立项背景入手，系统梳理了国内外高应变率力学测试标准化的发展历程与现状，深入分析了该标准的核心技术内容与创新点，阐述了其主要参与单位的专业贡献，并对该标准的推广应用前景及未来发展方向进行了展望。报告认为，ISO26203-1:2025的发布标志着金属材料高应变率拉伸试验方法在国际层面实现了从分散研究向统一规范的跨越，对于促进全球范围内材料动态力学性能数据的可比性与互认具有里程碑意义。关键词：金属材料；高应变率；拉伸试验；弹性杆型系统；分离式霍普金森拉杆；国际标准；动态力学性能Keywords:Metallicmaterials;Highstrainrate;Tensiletesting;Elastic-bar-typesystems;SplitHopkinsonTensionBar;Internationalstandard;Dynamicmechanicalproperties1引言1.1研究背景金属材料在服役过程中往往承受着复杂的载荷工况，其中冲击载荷引起的材料动态响应行为与准静态条件下的力学行为存在显著差异。汽车碰撞安全设计、飞机鸟撞防护、舰船抗爆结构、防护装甲开发以及高速成形工艺优化等工程实践，均要求准确掌握材料在高应变率（通常指应变率≥10²s⁻¹）条件下的应力-应变响应规律。然而，高应变率拉伸试验涉及弹性波传播、惯性效应、应变率均匀性等复杂的力学问题，对试验设备、测试方法和数据处理均提出了远高于准静态试验的要求。长期以来，不同实验室之间采用的试验方案各异，导致同一材料在不同机构获得的动态拉伸数据存在较大离散性，严重制约了材料动态力学性能数据的有效共享和工程应用。1.2标准化需求分析1.3标准立项目的ISO26203-1:2025的制定旨在建立一套科学、规范、可操作的金属材料高应变率拉伸试验方法体系，明确弹性杆型系统的技术要求与操作规范，统一试验程序和数据处理方法，从而保障不同实验室间试验结果的可比性和复现性，为全球范围内的材料研发、质量控制和结构安全评估提供技术支撑。2国内外标准化现状与发展趋势2.1国际标准化进展在国际标准化组织框架下，金属材料力学试验方法的技术归口主要由ISO/TC164（金属力学试验技术委员会）负责。在高应变率测试领域，ISO26203系列标准的制定工作经历了长期而审慎的推进过程。2010年前后，ISO启动了金属材料高应变率拉伸试验方法标准的预研工作，经过多轮国际比对试验（Round-RobinTest）和专家论证，最终形成了ISO26203的两部分结构：第1部分针对弹性杆型系统（即分离式霍普金森拉杆及其衍生装置），第2部分针对其他测试技术。ISO26203-1的早期版本曾以技术规范（TechnicalSpecification,TS）形式发布，以便在广泛应用中积累经验和数据。经过充分验证和完善，该标准于2025年正式升级为国际标准（InternationalStandard,IS），标志着弹性杆型系统高应变率拉伸试验方法在技术成熟度和国际共识层面达到了新的高度。2.2国内标准化现状在国内，高应变率力学性能测试的标准化工作同样受到高度重视。全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）下属的力学及工艺性能试验方法分技术委员会持续跟踪ISO26203系列标准的制定动态，并积极推动相应国家标准的转化工作。此外，中国先后制定了GB/T34108-2017《金属材料高应变速率拉伸试验第1部分：弹性杆型系统》等标准，在试验技术研究与工程应用方面积累了丰富经验。值得注意的是，国内科研机构如中国工程物理研究院、西北工业大学、北京理工大学等在分离式霍普金森杆试验技术领域开展了大量原创性研究工作，在波形整形技术、数据处理方法、大变形测量等方面形成了具有自主知识产权的技术成果，为国际标准的制定和完善提供了重要的技术支撑。2.3发展趋势研判从全球范围来看，高应变率力学测试标准化呈现以下显著趋势：一是试验方法从单一技术向多元技术兼容发展，标准化对象逐步扩展至更广泛的应变率范围；二是试验结果的测量精度和不确定度评定日益受到重视，标准对设备计量校准和数据质量提出了更高要求；三是与数字化和智能化技术深度融合，高速图像采集、数字图像相关法（DIC）等非接触式测量手段被逐步纳入标准体系。ISO26203-1:2025的发布正是上述发展趋势的集中体现。3标准主要内容与技术要点3.1范围界定与术语体系ISO26203-1:2025适用于金属材料在应变率范围通常为10²s⁻¹至10⁴s⁻¹条件下的拉伸试验。该范围与弹性杆型系统的技术能力相匹配，低于此范围可采用常规液压伺服试验机或高速试验机完成，高于此范围则需要采用更特殊的技术手段（如泰勒杆试验、膨胀环试验等）。标准界定了包括“弹性杆型系统”“入射杆”“透射杆”“试样应变率”“应变率均匀性”等在内的核心术语，建立了统一的专业语言体系，为各国用户的准确理解和应用奠定了概念基础。3.2试验原理与设备要求标准所规定的弹性杆型系统来源于经典的分离式霍普金森压杆（SHPB）技术的拉伸构型。其核心原理是：通过储气罐释放高压气体驱动撞击杆（或利用其他加载方式）在入射杆端部产生一拉伸应力脉冲，该脉冲沿入射杆传播至试样位置，部分脉冲被反射回入射杆，部分透过试样进入透射杆。粘贴在入射杆和透射杆上的应变片分别记录入射波、反射波和透射波信号，基于一维弹性波理论，通过相应的数据处理算法即可推导出试样中的应力、应变和应变率随时间的变化关系。标准对试验系统中的关键部件提出了明确的技术要求：入射杆和透射杆须采用高强度合金钢、钛合金或铝合金材料制成，以保证在弹性范围内长距离传输应力波而不发生塑性变形；杆径、杆长的选择须满足一维应力波传播假设的有效性条件；应变片的粘贴位置、桥路连接方式及动态应变仪的带宽和采样率均须满足测量精度要求。此外，标准还对波形整形技术的应用给出了指导性建议，以确保试样在较高应变率下实现应力均匀和恒应变率变形。3.3试样制备与尺寸要求试样的几何形状和尺寸对高应变率拉伸试验结果的可靠性具有决定性影响。标准规定了高应变率拉伸试样的推荐几何构型，包括螺纹连接式、销钉连接式和法兰连接式等，以适应不同材料（如钢材、铝合金、钛合金、高温合金等）和不同弹性杆系统的装夹需求。标准对试样的平行段直径、标距长度、过渡圆角半径和表面粗糙度等关键尺寸参数提出了明确要求，以尽量减少试样与杆端连接处的波阻抗不匹配和应力集中效应。值得特别关注的是，标准对应变率有效性的判定提出了量化准则。由于弹性杆型系统试验中试样标距段内的应变率需要经历一段上升过程才能趋于稳定，标准要求试验结果的报告应注明应变率均匀性判据和有效数据段选取原则，确保不同实验室间数据的可比性。3.4试验程序与数据处理标准对试验程序作出系统规定，包括试验前的设备检查与标定、试样的安装对中要求、撞击速度的测量方法、数据采集参数的设置以及重复试验次数等关键环节。在数据处理方面，标准基于一维应力波理论给出了从入射波、反射波和透射波信号计算试样应力、应变和应变率的详细公式，并对其适用条件和假设前提作出了明确说明。标准强调通过动态应变仪记录的原始波形信号的正确解读与滤波处理，以避免高频噪声和电磁干扰对计算结果的影响。同时，标准推荐采用高速摄影结合数字图像相关法对试样变形过程进行同步观测，以验证试样平行段变形的均匀性，并可在必要时替代应变片测量直接获取试样应变数据，这一技术路线为后续版本标准的更新预留了接口空间。3.5试验报告要求为保障试验结果的可追溯性和可比性，标准对试验报告的内容提出了细致要求，明确应记录材料牌号、热处理状态、试样来源及取向等材料信息，试验设备的配置参数与标定数据，每次试验的应变率历程及有效数据段对应的平均应变率，以及完整的工程应力-应变曲线或真应力-真应变曲线。标准的这些要求为不同实验室之间的数据比对与共享提供了统一格式，亦为质量管理体系审核提供了技术依据。4主要参与单位介绍ISO26203-1:2025的制定汇聚了全球多个国家的标准化专家和顶尖研究机构，其中德国联邦材料研究与测试研究所（BAM）在标准制定过程中发挥了尤为关键的引领作用。BAM是德国联邦政府直属的材料科学、工程安全领域权威研究机构，隶属于德国联邦经济事务和能源部，总部位于柏林。BAM在材料力学性能表征、安全工程和标准化研究方面拥有超过一个半世纪的深厚积淀，其下设的材料力学、材料性能和结构完整性等部门在高应变率力学行为研究领域居于国际领先水平。BAM的研究团队长期从事金属材料在高应变率下的动态力学行为研究，拥有多种构型的弹性杆型试验系统，在波形整形技术、数据处理算法和动态损伤演化表征等方面取得了大量前沿研究成果。在ISO26203-1的编制过程中，BAM专家牵头组织了多轮国际实验室间比对试验，为验证标准中规定的试验方法的可靠性和可复现性提供了关键数据支撑。此外，BAM利用其丰富的标准化工作经验，在标准框架设计、技术条款论证和文本编写等方面发挥了主导作用，为标准的最终发布作出了不可替代的贡献。除BAM外，来自日本国立材料科学研究所（NIMS）、中国工程物理研究院、英国帝国理工学院等机构的专家也在标准起草工作组中承担了重要角色，分别在高应变率测试技术、材料动态本构关系及数值仿真验证等方面提供了专业知识和技术支撑。5结论与展望ISO26203-1:2025的正式发布是金属材料高应变率力学性能测试领域标准化进程中的重要里程碑。该标准以严谨的技术逻辑和充分的试验验证为基础，系统构建了弹性杆型系统高应变率拉伸试验的方法体系，有效解决了长期以来该领域试验方法不统一、数据可比性差的突出难题。标准的实施将为全球范围内的材料动态力学性能评价提供统一的技术准则，有力促进航空航天、国防军工、汽车安全等领域中材料动态性能数据的共享与互认，进而推动相关行业的材料创新和安全设计水平提升。展望未来，高应变率力学测试标准化将在以下方向持续深化拓展：其一，伴随测试技术的进步和应用需求的多样化，ISO26203系列标准有望进一步补充和完善，覆盖更宽广的应变率范围与更丰富的材料类型；其二，数字图像相关法等非接触光学测量技术与弹性杆型系统的深度融合，将推动高应变率试验从“点测量”向“全场测量”的范式跃升；其三，机器学习和人工智能技术在动态力学行为建模中的应用，将对试验数据的高通量、标准化输出提出更高要求，进而牵引标准体系的迭代更新；其四，随着增材制造等新型材料制备技术的快速发展，各向异性材料、梯度材料等新型材料体系的高应变率测试方法也将成为标准化工作的重要方向。在国内层面，建议以ISO26203-1:2025为蓝本，加快推动我国相应标准的修订与完善工作，加强与国际标准的协调一致；同时鼓励国内优势科研机构和企业深度参与国际标准的制修订工作，提升中国在全球材料力学性能测试标准化领域的话语权和影响力。通过标准引领和技术创新双轮驱动，推动我国金属材料动态力学性能测试技术水平和工程应用能力的持续提升，为制造强国建设提供坚实的技术基础保障。参考文献[1]ISO26203-1:2025,Metallicmaterials—Tensiletestingathighstrainrates—Part1:Elastic-bar-typesystems[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2025.[2]GB/T34108-2017,金属材料高应变速率拉伸试验第1部分：弹性杆型系统[S].北京：中国标准出版社,2017.[3]KolskyH.Aninvestigationofthemechanicalpropertiesofmaterialsatveryhighratesofloading[J].ProceedingsofthePhysicalSociety,SectionB,1949,62(11):676-700.[4]胡时胜.Hopkinson杆实验技术[J].中国科学技术大学学报,2007,37(10):1247-1259.[5]GrayIIIGT.ClassicSplit-HopkinsonPressureBarTesting[M]//ASMHandbook,