国家标准计划《金属材料 弹性模量测定 率跳跃方法》由 TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行 ，主管部门为中国钢铁工业协会。

主要起草单位 香港大学 、南方科技大学 、冶金工业信息标准研究院 、西南交通大学 、武汉华拓 。

近年来随着社会经济的不断发展，新型的金属材料，如高温合金、轻合金材料、先进钢铁材料等系列金属材料，在新材料产业中占有重要分量，并在航空航天、基础制造、医疗卫生等重大领域扮演不可或缺的角色。

然而，针对各类软金属或应用于高温场景的特种钢材，在较大蠕变下的测量标准仍有一定缺失。

本标准的制定，将是对现有先进金属材料在不同应用场景准确测量弹性模量的补充，更有可能进一步推广为国际标准，提升我国在参与国际标准制定时的参与度及话语权。

针对升级金属材料的准确测量相关；标准的制定对产业升级、规范生产，有无可估量的作用。

本项目1）技术领先——率跳跃方法是由香港大学首创，并被国际材料学界广泛接受的一种测量方法，在其他国家没有相应的标准。

如果中国在世界上首先建立这一标准，我们将在该类标准的制定上处于国际领先地位。

2）切合产业实际——目前，铝及各类焊接合金等软金属在各种工业应用中大量使用，针对这些金属的精确的机械性能表征是产业进一步发展的天然需求。

对于较硬的金属和合金，包括钢和其他结构合金，在不同应用场景下，如高应力或高温，将可能产生显着的粘性变形（即蠕变），在特定应用场景下，尤其是高温高压下的金属性质准确测量，为未来新材料产业发展及其在航空航天等特殊领域内的应用奠定基础。

3）具有普适性——对于软金属材料，传统的动态载荷谱法仅仅可以获得存储和损耗模量。

众所周知，这些模量是频率和测试几何相关的，即它们不是材料的固有特性。

仪器化压痕压入中的静态加载或卸载测试方法给出的表观模量值取决于加载或卸载速率，因此它们也不是材料的固有属性。

率跳跃方法可以返回对于被测材料而言真正固有的模量，并且适用于各种测试技术，例如拉伸，压缩，弯曲，压痕等。

该方法可被应用于各类测试技术，只要在测量中引入载荷或位移速率的突然跳跃，基于位移或载荷变化率产生的跳跃响应即可使用。

该方法的精粹是通过率跳跃代替负载，并以位移速率跳跃代替位移，在相应的测试几何结构线性弹性方程中，将获得不受材料粘性（或蠕变）变形影响的弹性模量。

这是本标准的提议者通过严格证明得出的固体力学原理，并且普适于任何遵循弹簧子 – 缓冲子网络布置的本构定律的材料。

4）项目切实可行——率跳跃方法使用形变率的突然变化来表征被测材料固有的弹性模量值。

对于任何包括线性弹性弹簧子和非线性粘性缓冲子的粘弹性本构关系，缓冲器在加载速率或形变率的突然变化下变得无限刚性，因此只有线性弹簧子才会响应速率变化，这是为什么可以测量真正的内在弹性模量值的原因，对于粘弹性材料，只有弹性部分才可以瞬时相应率突变。

该方法基于严格的力学原理，并适用于包括任何可被任意弹簧子 - 缓冲子组合表述的材料本构关系。

此方法发表在许多顶级SCI期刊上，并已经被十余个国家的科研机构在约100篇国际学术论文内使用，其中有大量已被验证的结果。

使用这种方法从各种材料测量的模量跨越11个数量级，从1011 Pa到10 Pa。

在机械测量过程中，粘弹性固体（试样）？？承受载荷P 而其相应的边界位移 ？ 被测量(或者反之，如果试验是位移而不是载荷控制); 见图1(a)。

假设？在时间窗 tc 附近遵循一个由线性弹簧子和缓冲子任意组合的本构关系。

若在tc, 时施加一个载荷变化率的突变，将导致相应的变形速率的突变 (图1(b))。

对于材料模型内的缓冲子们而言，他们将可被表述为本构关系ε ？_ij=f(σ_kl), 并且由于应力 σ_kl在tc处的率跳跃突变是连续的, 缓冲器形变率ε ？_ij 不变。

对于弹簧部分而言，基本构关系为ε_ij=s_ijkl σ_kl ,其中s_ijkl是柔度张量。

加载速率的突变将导致？σ ？_kl应力率的突变, 进而导致弹簧形变率 ？ε ？_ij 的变化，粘弹性试样对速率跳跃的响应可以通过解决具有与原始粘弹性问题相同的几何形状和弹簧子的线性弹性问题来获得，其中忽略缓冲子部分。

线弹性问题可以通过应力应变关系解决，而通过替换应力为？σ ？_kl，应变为 ？ε ？_ij, 在粘弹性材料中的突变点前后的力学行为描述可相应获得。

？σ ？_kl 与 ？ε ？_ij 的本构关系公式内包括粘弹性本构关系材料模型所有弹簧子的有效弹性模量，因此如果施加载荷突变？σ ？_kl 并同时测量应变突变 ？ε ？_ij (或反之), 将可以获得粘弹性材料的本征弹性模量。

虽然粘弹性材料模型内的缓冲子保持未知，所获得的材料模量。

我们先期已经与国际标准化委员会进行了初步探讨，若本标准成功立项并制定为国家标准，将随后进行相应国际标准的制定工作。

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率跳跃方法用于获得粘弹性材料的固有弹性模量，该粘弹性材料可以是较软的金属或合金，或在较高的温度下的钢或结构合金。它适用于几乎所有类型的测试平台，包括拉伸，压缩，弯曲和压痕。 在每个测试平台中，硬件要求是相同的; 唯一的区别是在测量模量的某个时间点引入加载或变形率的跳跃，而不是一直稳定的载荷或变形率。