CWAN 0101-2024 基于数字图像相关技术的微细金属丝材拉伸性能测试方法

ICS25.160.01

CCSJ33

团体标准

T/CWAN0101—2024

基于数字图像相关技术的微细金属丝材

拉伸性能测试方法

DIC-basedtestmethodfortensilepropertiesofmicrometalwires

2024-02-05发布2024-03-01实施

中国焊接协会发布

T/CWAN0101—2024

基于数字图像相关技术的微细金属丝拉伸性能测试方法

1范围

本文件规定了微细金属丝材拉伸性能测试系统和原理、试样制备、试验程序、试验结果和试验报

告等内容。

本文件适用于直径为0.3mm-1.6mm微细金属丝材通过数字图像相关技术进行拉伸性能测试。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适

用于本文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法

GB/T10623金属材料力学性能试验术语

JJG139拉力、压力和万能试验机检定规程

JJG475电子式万能试验机检定规程

JJG1063电液伺服万能试验机检定规程

3术语和定义

GB/T10623中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

标距（L）gaugelength

在测试的任一时刻，用于测量试样伸长的平行部分长度。

3.2

原始标距（L0）originalgaugelength

室温下施力前的试样标距。

3.3

断后标距（Lu）finalgaugelengthafterfracture

在室温下将断后的两部分试样紧密对接在一起，保证两部分的轴线位于同一条直线上，测量试样

断裂后的标距。

3.4

最大力（Fm）maximumforce

（连续屈服的金属材料）试验期间试样所承受的最大的力。

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（不连续屈服的金属材料）在加工硬化开始之后，试样所承受的最大的力。

注1：对于呈现不连续屈服的材料，如果没有加工硬化，本文件不定义Fm。

3.5

抗拉强度（Rm）tensilestrength

相应最大力Fm对应的应力。

3.6

伸长（ΔL）elongation

试验期间任一时刻原始标距的增量。

3.7

断后伸长率（A）percentageelongationafterfracture

断后标距的残余伸长与原始标距（L0）之比，以%表示。

3.8

数字图像相关技术（DIC）digitalimagecorrelation

数字图像相关技术又称数字散斑相关技术，是将试件变形前后的两幅数字图像通过相关计算获取

感兴趣区域变形信息的技术。

4符号

表1给出了微细金属丝拉伸性能测试过程中所使用的符号及相应的说明。

表1符号及说明

符号说明单位

L0试样原始标距长度mm

Lu试样断后标距的残余伸长mm

L试样总长度mm

d0试样原始直径mm

2

S0试样原始横截面积mm

Fm最大力N

Rm抗拉强度MPa

ΔL试样断后伸长mm

A断后伸长率%

m0试样质量g

ρ试样材料密度g/cm3

5测试系统和原理

5.1DIC测试系统

数字图像相关技术通过非接触式、基于视觉的全场测量方法对微细金属丝拉伸性能进行测量。

DIC测试系统应由计算机、控制器、数码相机、LED光源和拉伸试验机组成，如图1所示。

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图1数字图像相关测试系统组成

5.2DIC测试原理

散斑可以用于分析物体的形变和变形，当物体受到外力或变形时，散斑图案也会发生相应变化。

因此，可以分别在金属丝两端标距处贴上硬纸板，然后通过数码相机对金属丝拉伸过程中两块纸板的

运动过程进行捕捉，如图2所示。由于纸板是整体发生位移变化，因此在拉伸试验结束后，在两块纸

板上选取特定区域作为当前计算点的子区，可以间接计算出金属丝试样在拉伸过程中位移的变化。

图2数字图像相关法计算位移原理

6试样制备

6.1试样的形状

试样通常为产品的一部分，不经过机加工，如需要机加工应由供需双方协商确定试样的形状。

6.2试样的尺寸

6.2.1对于需要测定断后伸长率的微细金属丝试样，原始标距L0应取200mm±2mm或100mm±1mm。

试验机两夹头之间的距离应至少为L0+20mm。

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6.2.2如不需测定断后伸长率，两夹头间的最小自由长度可以为50mm。

6.2.3当样品长度不能满足6.2.1和6.2.2要求时，由供需双方协商确定试样的原始标距和试验机两夹头

之间的距离。

6.3取样要求

试样选取时应仔细观察，确保待测金属丝上不存在影响试验结果的机械损伤和弯折。如以盘卷交

货的产品，可进行矫直。

样品足够长时，试样应在距丝材头端300mm以上截取，当需要取多个试验时，每个试样间距不

得小于300mm。

6.4原始横截面积的测定

原始横截面积的测定应准确到±1%。

对于圆形横截面的产品，应在两个相互垂直方向测量试样的直径，取其算术平均值计算横截面积。

可以根据测量的试样长度、试样质量和材料密度，按照公式（1）确定其原始横截面积：

1000m

S0(1)

0L

7试验程序

7.1试样装夹

将试样安装在试验夹具上，装配时要保持试样自由下垂且平直。必要时可对待测试样施加一定的

预载荷以将其拉直，但预载荷大小不应超过试样最大力的5%。

7.2散斑制备

选取两块适当尺寸的方形硬纸板。散斑制作前应确保硬纸板表面平整干净，喷漆操作需要遵守相

关的安全操作规范和环境保护要求。在合适的环境下，保持适当的喷漆距离和角度进行散斑制作。首

先，将不反光白漆均匀覆盖于硬纸板表面；待白漆风干后，将不反光黑漆均匀且分散的叠加于白漆之

上。待完全风干后对散斑进行观察，确保硬纸板仍然平整，且表面喷漆层厚度一致，斑点尺寸和分布

均匀。

7.3散斑质量检查

待硬纸板表面油漆完全干燥后需检查散斑标记的质量和准确性。理想的散斑图案是高对比度、散

斑点分布随机、散斑尺寸大小一致、且表面黑白分布密度等量。

7.4硬纸板散斑放置

待试样装夹到拉伸机并调试完成后，将硬纸板通过胶水粘在待测丝材样品上。为了方便后续计算

样品的延伸率，应保证两块硬纸板中心线和两端标距位置重合，并且调整两块硬纸板的位置，保证两

块硬纸板与数码相机在同一平面。由于DIC二维测试仅使用一台相机，因此必须保证待测区仅在平面

内移动，并且确保两块纸板在拉伸前后始终在相机视野范围内。如果测试不符合上述原则，则需要进

行调整。

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7.5图像校准及采集频率

在测试开始和施加载荷之前，需通过标定板校准DIC相机系统，如图1所示。将标定板放置在待

测丝材附近相机视野中的任意方向，并在每个方向拍摄一幅图像（需要7幅以上），这些图像用作DIC

分析中的基准图像。标定完成后，在静止状态下拍摄几张照片进行计算，若计算的位移云图均匀且接

近于0（或应变小于0.01%），则说明标定成功。若无法形成均匀应变云图，则需要调整数码相机位置

和角度或调节光照强度，对相机重新进行标定。试验过程中的采集频率参考微细金属丝材拉伸速率情

况确定，通常为1-10fps。

7.6子集和步长

子集选取应尽可能覆盖硬纸板以降低试验误差。微细金属丝材在拉伸过程中位移的计算是以数据

点为单位的，且这些数据点由步长分开，应在保证不影响后续特定数据点的前提下进行提取。子集和

步长大小根据硬纸板尺寸进行设置。

7.7拉伸试验

拉伸试验机应按JJG139、JJG475、JJG1063要求进行检定，拉伸试验机分级应不低于1级。试

验所用力值范围应在被检范围以内。

试验应依据GB/T228.1规定对试样进行连续加载，在试样断裂时确定最大力Fm。

7.8位移测量

通过DIC软件对拉伸前后图像进行处理，得到图3示例所示的位移分布云图。计算后的图像应显

示出近乎相同的颜色分布，以表明两块纸板是整体发生位移。

(a)拉伸前（上部）;(b)拉伸后（上部）;(c)拉伸前（下部）;(d)拉伸后（下部）

图3通过DIC计算出上/下纸板在拉伸试验开始/结束时的位移

为了获得试样在拉伸结束后实际的伸长率，分别在上部和下部的网格上沿X方向选取一条直线

（图3c和d中示例），需保证所选取的直线与实际丝材中标距位置重合。根据网格大小可以在直线上

得到一系列等间距的像素点，从而将丝材在拉伸过程中的位移变化等效为上下两部分直线在Y方向的

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相对位移，计算的位移数据精确到小数点后3位。通过DIC系统记录所选取直线在丝材拉伸试验前后

相对原始位置的变化可以得出断后标距Lu，如图4所示。

(a)上部(b)下部

图4通过DIC计算的图3中所选直线在拉伸前后位移变化

8试验结果

根据公式（2）计算抗拉强度：

Fm

Rm(2)

S0

根据公式（3）和公式（4）计算断后伸长率：

LLuL0(3)

L

A100%(4)

L0

当出现下列情况之一者其试验结果无效，应重新试验。

（1）试样断裂在标距段以外，造成性能不合格；

（2）由于操作不当，出现试样打滑或机械损伤等影响试验结果准确性的情况；

（3）测试过程中硬纸板发生非平面旋转或测试结果显示位移不均匀；

9试验报告

试验完成后应在报告中体现以下信息：

a)依据标准名称；

b)材料的类型；

c)试样原始标距、试验速率；

d)试样初始截面积，单位为mm2；

e)最大力，单位为N；

f)抗拉强度，单位为MPa；

g)断后伸长率，单位为%。

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