《Progress in Materials Science》期刊2024年发表的综述文章《Simple shear methodology for local structure–property relationships of sheet metals: state-of-the-art and open issues》由上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室的Guofeng Han、Ji He、Shuhui Li和Zhongqin Lin共同完成。该文章系统梳理了板材简单剪切（simple shear）测试方法的研究现状与挑战，重点关注其在揭示材料局部结构-性能关系中的应用价值。

核心议题与学术背景
板材的简单剪切变形广泛存在于金属成形（如剪切冲裁、板材体积成形）和微观机制（如位错滑移、马氏体相变）中。传统单轴拉伸测试无法充分表征材料在低应力三轴度（stress triaxiality）、大应变（large strain）或异质结构（heterostructured materials）下的力学行为。简单剪切测试因其能实现以下特性而成为重要补充手段：
1. 获得接近零应力三轴度的纯剪切路径；
2. 避免颈缩实现大应变（>1.0）；
3. 揭示应力状态依赖的微观组织演变机制；
4. 校准各向异性本构模型参数（如Yld2004模型中的剪切相关参数c’₄₄等）。
然而，当前简单剪切测试缺乏统一标准，ASTM B831标准鲜少被采用，实验数据的解释受限于有限变形的复杂性、边界条件多样性以及材料行为的各向异性。

方法学综述的核心观点

1. 理论基础：应变与应力的关键影响因素
- 应变评估的扰动现象：实际剪切变形常偏离理想简单剪切（表1中的状态a），轴向变形（Swift效应）和剪切方向倾斜会导致应变计算误差。通过对比9种应变评估方法（表2），研究发现γ₂（基于变形梯度）对轴向扰动不敏感（表3），而γ₄、γ₅、γ₆在剪切方向倾斜时表现稳健（图6）。
- 应力响应的各向异性效应：当材料呈现显著塑性各向异性时，法向应力不再可忽略（图9）。例如，DP980钢在简单剪切中法向应力可达剪切应力的15%（图10），且采用Jaumann率与Green-Naghdi率计算的应力路径差异随应变增大而显著（图8）。

2. 实验技术：试样设计与应变测量
- 试样几何优化：剪切区长宽比>10可保证应力场均匀性（图15a），而反切口设计能降低应力三轴度（图15b）。针对不同延展性材料，需采用专用试样（如SH-LD、SH-MD、SH-HD，图15d）。
- 应变测量挑战：数字图像相关（DIC）技术的主流应用面临标距长度（gauge length）选择难题。如图17所示，DP1180钢的断裂应变测量值随标距长度减小而增大（20μm至1mm范围相差达200%），反映出局部化剪切带与晶粒尺寸的尺度效应（图18）。

3. 标准化缺失与解决方案
- 现有方法的局限性：液压胀形（ISO 16808）和双轴拉伸（ISO 16842）已标准化，但剪切测试仍依赖非标设备（图19）。图4显示伪剪切试样（pseudo-shear）的偏差误差（log10‖u* − I‖）在边缘区域显著升高。
- 混合实验-数值方法：通过结合DIC与有限元反演（图11），可量化边界条件扰动对应力路径的影响（图10b中“扰动剪切应力”τ₂比传统τ₁高6-13%）。

科学价值与应用前景
该综述为材料本构建模、断裂机理研究提供了方法论指导：
1. 本构模型校准：明确剪切相关参数（如GTN损伤模型中的k_w）的标定需考虑各向异性和应力率效应；
2. 微纳力学测试：局部应变测量技术（如50μm级Micro-DIC）适用于异质材料（如高熵合金）的变形分析；
3. 增材制造工艺优化：剪切主导的失效模型可提升金属3D打印件的成形极限预测精度（图1c3）。

创新性与挑战
- 方法学创新：首次系统对比不同应变/应力评估方法的适用条件（表3），提出基于变形状态的分类框架（表1）。
- 开放性难题：剪切断裂应变的标距长度依赖性（图18）、三维应力状态的实验表征、各向异性材料的大变形本构建模等仍需突破。

此综述为未来简单剪切测试的标准化提供了理论基石，尤其在先进高强度钢、轻量化合金的性能表征领域具有直接工程意义。