鋼管等鋼鐵材料的拉伸試驗拉伸曲線解讀，拉伸曲線是由拉伸試驗機（圖1）測出的，用來描述鋼管材料的應力與應變之間的關系的曲線。拉伸曲線可以反映出材料包括彈性變形、塑性變形和斷裂這三種基本力學行為的相關信息，可用來綜合評定材料各種力學性能，包括強度，塑性，韌性及加工硬化等。在科學研究和實際工程應用中作用顯著，因此掌握拉伸曲線分析技巧意義重大。
圖1. 典型的拉伸試驗測試設備.
典型的材料拉伸曲線如圖2所示，按照有無屈服平臺（橙色橢圓所示：應力與應變一階導約為零）：大致可分為有屈服階段的拉伸曲線（如建筑鋼）和無屈服階段的拉伸曲線（如高強鋼，變形鋁合金等）。
圖2. 典型的拉伸曲線（橙色橢圓所示為拉伸屈服平臺）
1拉伸曲線可直接反映的具體信息
比例極限σp：應力與應變成正比關系的最大應力；
彈性極限σe：材料由彈性變形過渡到彈-塑性變形的應力。應力超過彈性極限，開始發生塑性變形時的應力；
屈服極限σs：金屬發生明顯塑性變形的抗力，屈服點：屈服點對應的強度，有上、下屈服極限；
條件屈服強度σ0.2：當沒有明顯屈服平臺時，規定產生0.2%殘余塑性應變時的應力；
抗拉強度（強度極限）σb：試樣拉斷前最大載荷所決定的臨界應力；
彈性模量E：彈性變形階段，應力和應變成正比例關系(即符合胡克定律)，其比例系數即為彈性模量。
延伸率δ：試樣拉伸斷后標距段的總變形ΔL與原標距長L之比：δ=ΔL/L×100%，和截面收縮率ψ都是描述材料塑性性能的指標。
圖3. 典型拉伸曲線示意圖
2拉伸曲線基本特點
材料不同，其拉伸曲線也有所不同，但總的來說：從初始拉伸至最后斷裂過程可基本劃分為幾個特征階段。
1）彈性階段：如圖4所示，這個階段分為兩種，當應力小于σp 時，應力和應變成正比；超過比例極限后，應力和應變雖然不保持正比關系，但變形依然是彈性的，卸載后變形完全恢復為零，直線斜率E，其大小反映材料抵抗彈性變形的一種能力代表了材料的剛度。此外，材料在發生桿的軸向伸長的同時還發生橫向收縮。橫向正應變ε與縱向正應變ε之的絕對值μ稱為材料的泊松比，反映材料橫向變形的彈性常數。
圖4. 彈性拉升階段拉伸曲線示意圖
2）屈服階段：如圖5所示，在超過彈性階段后出現明顯的屈服過程，即曲線沿一水平段上下波動，即應力增加很少，變形快速增加。這表明材料在此載荷作用下，宏觀上表現為暫時喪失抵抗繼續變形的能力，微觀上表現為材料內部結構發生急劇變化。從微觀結構解釋這一現象是由于構成金屬晶體材料結構晶格間的位錯，在外力作用下發生有規律的移動造成的。由于材料在這一階段已經發生過量變形，必然殘留不可恢復的變形塑性變形因此，從屈服階段開始，材料的變形就包含彈性和塑性兩部分。
圖5. 屈服階段拉伸曲線示意圖
3）強化階段：如圖6所示，屈服階段結束后，拉伸曲線又出現上升現象，說明材料恢復了對繼續變形的抵抗能力，材料若要繼續變形必須施加足夠的載荷。如果在這一階段卸載，彈性變形將隨之消失，而塑性變形將永遠保留。強化階段的卸載路徑與彈性階段平行。卸載后若重新加載，材料的彈性階段線將加長、屈服強度明顯提高，塑性將降低。這種現象稱作應變強化或冷作硬化，可用來提高材料的強度。強化階段的塑性變形是沿軸向均勻分布的。拉伸曲線的應力達到強度極限σb，是材料均勻塑性變形的最大抵抗能力，是材料進入頸縮階段的標志。
圖6. 強化階段拉伸曲線示意圖
4）頸縮階段：如圖7所示，應力到達強度極限后，開始在試樣最薄弱處出現局部變形，從而導致試樣局部截面急劇頸縮，承載面積迅速減少，試樣承受的載荷很快下降，直至斷裂。斷裂時，試樣的彈性變形消失，塑性變形則遺留在斷裂的試樣上。
圖7. 頸縮階段拉伸曲線示意圖
3真實應力應變曲線的處理方法
在設計有關材料結構設計或模擬仿真運算中，經常需要依據材料真實性能參數，而通常通過拉伸實驗直接做出來的拉伸曲線，往往是工程上的應力應變曲線，并不能完全精確反映材料的真實拉伸情況（如拉伸實驗誤差；拉升過程中標距段橫截面積的變化等），這就需要對拉伸試驗的結果進行處理，得到真實的應力應變曲線。另外，由于實驗所得的數據太多，一般為幾千個點，甚至為上萬個點，而平常仿真軟件輸入的點一般為幾百個，所以為了得到有效數據必須對原始數據進行處理。主要通過以下步驟進行處理（以仿真軟件CAE為例）：
3.1 對力-位移曲線進行處理
1）清理無效數據
將前面的空白點予以刪除，并對位移進行初步的元整，如圖8所示，圖中的0位移節點，要刪除點，直至第一個位移為非0點。
圖 8. 無效數據清理前后示意圖:（a）清理前；（b）清理后
2）對位移進行初次處理
位移的數據，小數點后有很多位，首先處理到適當位置就行。
3.2 計算工程應力應變曲線
應力= 力/（厚度*寬度）
應變 = 伸長量/初始長度
3.3 計算真實應力應變曲線
真實應力 = 工程應力*（1+工程應變）；
真實應變 = Ln(1+工程應變)
3.4 取整
將應力應變曲線, 進行四舍五入取整。
3.5 篩選數值
以一定應變為增量，取相應的應力值，并繪制折線圖，然后取有效區域數值。如圖9中的紅圈部分為無效區域，應舍去。
圖9. 數值帥選示例（上圖中的，紅圈部分為無效區域）
3.6有效應力應變
有效應力應變曲線一般是將數據的彈性部分去除，如圖10表格所示，直接將(a)中，0.003或0.004之前的對應的應力舍去，應變不變，應力順移即可獲得(b)，即：0應變為對應的應力為原來0.004對應的應力，0.002應變對應的應力為原來0.006對應的應力。
圖10. 有效應力應變數據處理示例圖
經過以上的處理方法，得到有效應力應變曲線，就可以將得到的數值導入到CAE軟件中，進行數值計算。
4.其他處理技巧
1) 當實驗測出的位移和力的數值都是從負值開始：
正確的做法不應是直接去除負數值的點，而只保留非負數的點，而應將坐標原點平移，即：將橫縱坐標所有值都各自加上測出得到的相應的最大負數值，使各自初始點都從零點開始。
2）嚴格計算材料延伸率時，是將拉伸總的形變量與原長（標距）的比值計算得到嗎？
嚴格來說，延展率是拉伸塑性形變量與原長（標距）的比值，即：拉伸曲線上進入塑性變形后的總的變形量，減去一開始的彈性變形量才是實際的變形量。通常，工程上，由于彈性變形量相對較小，所以將拉伸總的變形量代替拉伸塑性形變量計算得到的。
3）當遇到拉伸曲線呈特殊情況下應該實驗數據取舍問題：如遇到下圖11所示，彈性階段前出現一小段平線。
圖11. 拉伸彈性階段前出現一小段平線線的特殊拉伸曲線示例
該曲線是通過實驗計算得到的應力-應變曲線，是真實的，理論上可以用， 前面的平緩區絕大部分是因為夾具系統初始的空隙和試樣的弱連接的所致，應該將前面平線段舍棄后重新作圖。
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