管材在壓力管道和流體輸送工程中有大量應用，又由于具有質(zhì)量輕、強韌性好、吸收沖擊功能好等優(yōu)點，容易實現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化和強韌化。因此，近年來在航空航天、汽車及船舶制造領域中應用越來越廣泛。管材橫截面為中空結構，所以其服役狀態(tài)以及拉伸試驗時所表現(xiàn)的力學性能和相同材質(zhì)的棒材存在一定差異。
目前，對于各種規(guī)格尺寸管材的力學性能試驗方法雖然有所發(fā)展，如直接采用小直徑管拉伸來獲取材料在管形狀態(tài)下的真實力學性能參數(shù)，但對于管材的研究還很不充分，各國學者從不同角度采用不同方法進行了大量試驗和有限元模擬分析。諸多研究成果對于逐步認識和掌握管材成形性具有相應的促進作用。為了研究材料在管形狀態(tài)下的力學行為以及受力失穩(wěn)過程，北京理工大學的研究者們采用1Cr18Ni9Ti小直徑薄壁管段進行了直接拉伸試驗，借助于有限元方法模擬分析了拉伸全過程的應力應變分布特征及其拉斷斷口形狀，為管材力學性能及其成形性分析提供參考。
拉伸試驗材料1Cr18Ni9Ti管，原始外徑d0=8mm，壁厚t0=2mm，采用國標規(guī)定比例試樣進行試驗。為便于夾持并保證均勻拉伸時標距段處于單向受力狀態(tài)，試樣兩端添加伸入端帶球頭的圓柱形塞頭。在萬能拉伸試驗機上進行恒位移加載，加載過程只有下橫梁運動，利用引伸計采集載荷-位移數(shù)據(jù)，處理后在origin軟件中進行曲線擬合?？梢钥闯?，1Cr18Ni9Ti管拉伸時，均勻伸長能力很強，總伸長率δ＞0.75，最大工程應力產(chǎn)生在拉伸后期，抗拉強度σb≈602MPa。另外，計算所得相關力學性能參數(shù)如下：E=177GPa，σs=220MPa。σb≈602MPa，塑性系數(shù)K=1320MPa，硬化指數(shù)n=0.47，δ=0.76，由有限元模擬計算結果可知，管材拉伸分散性失穩(wěn)階段，細頸區(qū)真實軸向主應力δz和主應變εz沿最小截面（z=0）非均勻分布，內(nèi)側(cè)應力應變值大于外側(cè)，這是小直徑薄壁管拉伸初始裂紋產(chǎn)生在內(nèi)側(cè)壁附近的一個重要原因。除去壁厚中心偏外某一點出現(xiàn)σθ0≈σr0外,同一半徑r處始終保持σz＞σθ＞σr0。另外，最小界面內(nèi)側(cè)的另外兩向主應力值均大于相應的外側(cè)主應力值，即σθi＞σθ0及σri＞σr0。
實際拉伸試驗和有限元模擬結果均表明，1Cr18Ni9Ti管拉伸的初始裂紋率先產(chǎn)生在內(nèi)側(cè)壁表面附近的某一區(qū)域，多數(shù)試樣拉斷面與拉伸軸傾斜約+/-45°，具有剪切斷裂傾向，并且擴展至外側(cè)壁表面的最終斷裂線往往不在同一平面上。