[發明專利]材料拉伸真實本構曲線測試技術

有效

• 申請號: 201210518217.2
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103175735A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 蔡力勛;姚迪;包陳
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明屬于材料力學性能測試技術，尤其是試驗數據分析處理技術領域。?

背景技術

拉伸試驗是廣泛應用的材料力學性能測試方法，可以測定材料的彈性模量、強度、塑性硬化等重要的基本力學性能參量，是工程構件設計及材料選取最基本的參考依據。通常，由拉伸試驗可首先獲得材料的載荷-位移曲線，然后根據試樣的原始尺寸(原始橫截面積A₀和原始標距L₀)換算得到工程應力-工程應變曲線(也稱拉伸本構曲線)。但是，試樣的真實橫截面積A和標距L在試驗過程中是不斷變化的，因此工程應力-工程應變曲線不能真實反映材料的變形規律，特別是當試樣出現頸縮后，工程應力-工程應變曲線表現出應變大幅增長而應力卻隨之大幅下降的趨勢。試樣在頸縮時，頸縮處的橫截面有不同程度縮小，使得試樣繼續變形所需的載荷勢必下降，而工程應力仍以原始橫截面積A₀進行計算，從而導致工程應力-工程應變曲線在達到強度極限后下降。事實上，試樣頸縮后載荷雖然下降了，但材料在整個頸縮過程中卻仍在不斷硬化，因此真實的應力也應當是不斷增大的。?

傳統方法基于體積不可壓縮理論，將工程應力-工程應變換算為真應力-真應變曲線：?

σT=σE(1+ϵE)ϵT=ln(1+ϵE)---(1)]]>

式中，σ_T為真應力，ε_T為真應變，σ_E為工程應力，ε_E為工程應變。然而，該換算公式是在試樣均勻伸長變形的基礎上推導的，僅適用于發生頸縮前的變形范圍。傳統的拉伸試驗方案不能獲得全程真應力-真應變曲線的主要技術障礙在于：(1)缺乏能有效考慮試樣頸縮階段不均勻變形的真應力、真應變換算方法；(2)頸縮位置的不確定性、斷裂時刻的不可預見性以及斷裂瞬間的崩斷現象對于傳統接觸式應變測量有較大困難。?

中國專利ZL201110152281.9相對于傳統的真應力、真應變換算方法和作了改進。該技術?方案雖然通過有限元模擬和光測試驗曲線獲得了真實拉伸本構曲線，但該方案仍然存在以下問題：首先，該技術方案通過構造初始缺陷方式模擬了試樣拉伸過程中的緊縮現象，但進一步的研究表明構造缺陷模擬緊縮現象的方法僅對部分材料有效，也即初始缺陷尺寸對某些材料的緊縮模擬存在顯著影響，因而構造缺陷方式無法對所有金屬材料的緊縮現象進行精確模擬；其次，該技術方案采用二分法原理進行有限元迭代計算獲得真實本構曲線，所需迭代次數較多，計算成本也相對較高；再次，該技術方案采用普通單反相機進行光學測量，僅能獲得試樣拉伸全程的載荷-位移曲線、試樣外部輪廓曲線，無法獲得試樣的變形場，也就不能對該技術方案的可靠性作全面驗證。?

發明內容

鑒于以上陳述的已有方案的不足，本發明旨在提供進一步改良的材料拉伸真實本構曲線測試技術，使之克服現有技術的以上不足。?

為了實現上述目的，本發明的技術解決方案是：?

材料拉伸真實本構曲線測試技術，以獲得工程應力-工程應變曲線和載荷-位移曲線，非接觸式光學測量得到試樣的頸縮變形輪廓曲線和應力應變場，建立漏斗圓棒試樣的有限元分析模型，模擬試樣拉伸直至頸縮斷裂的全過程，以迭代求解方式標定出真實本構曲線，采用如下的步驟：?