[發明專利]基于壁厚線性模型的管材力學性能液壓脹形測試方法

無效

• 申請號: 201310025858.9
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103048203A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 苑世劍;林艷麗;何祝斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種管材力學性能液壓脹形測試方法。

背景技術

材料力學性能的準確測試，是合理表征材料的力學特性，實現材料成形加工過程中的工藝參數確定及數值模擬分析的重要基礎。單向拉伸實驗是測試材料力學性能的主要方法之一。對于板材，當沿板平面內不同方向的力學性能不同時，可以沿平板上的不同方向截取試樣，通過單向拉伸實驗測試板材相應方向的應力應變曲線。對于管材，沿著軸向和環向同樣存在力學性能的差別。此時，管材軸向的力學性能仍可以通過單向拉伸實驗進行測試，但是對于環向或其他方向，因為管材呈曲面形狀，如果將截取的試樣展平后再進行單向拉伸，則展平過程的加工硬化必然使試樣的性能發生變化，管材直徑越小影響越大，從而無法得到準確的管材力學性能。為了更準確地測試管材的力學性能，可以通過管材液壓脹形實驗。脹形實驗時，通過測量管材內部的脹形壓力、管材的脹形高度以及管材的壁厚等數據，通過一定理論公式可以計算得到管材的應力應變曲線、硬化指數n值和屈服強度等力學性能指標。因為脹形實驗不剖切破壞管材，所以可以得到較為準確的力學性能結果。目前，存在多種形式的管材液壓脹形實驗。這些實驗方法的主要差別在于脹形過程中管材脹形區中間位置壁厚數據的確定。一類方法可稱為“中斷實驗法”，即當管材發生一定量的脹形變形后(脹形高度)中斷實驗，利用專門設計的裝置對管材的壁厚進行測量。測量后，將管材進行重新密封、脹形，然后再中斷實驗進行壁厚的測量。如此反復，直到管材發生破裂，實驗結束。利用該方法，雖可以獲得不同脹形階段管材的壁厚，但是由于管材經歷了多次的加載、卸載、再加載的過程，管材的力學性能已經發生變化，因此所得結果并不可靠。而且，該實驗操作繁瑣，效率很低。另一類方法可稱為“多個試樣法”，即用多個管材試樣進行脹形并在不同的壓力或脹形高度下停止實驗，分別測量各個管材試樣的壁厚和脹形高度并作為管材連續脹形過程中的壁厚。該方法雖然避免了重復加載、卸載過程，但是由于采用了多個試樣進行實驗，每個試樣的原始厚度及性能等都有一定差別，其變形行為也將有明顯不同。因此，利用該方法也并不能準確獲得所測試管材的性能。

發明內容

本發明為解決現有的管材力學性能液壓脹形測試方法存在管材壁厚測量困難和實驗不連續的問題，進而提供了一種基于壁厚線性模型的管材力學性能液壓脹形測試方法。

本發明的基于壁厚線性模型的管材力學性能液壓脹形測試方法是按以下步驟實現的：

步驟一、測量待測試管材的初始壁厚t₀、待測試管材的外半徑R₀和脹形區長度L₀；

步驟二、將待測試管材放置到上模具和下模具之間，并通過左密封沖頭和右密封沖頭對待測試管材的兩端進行密封；

步驟三、向待測試管材內充入高壓液體介質，高壓液體介質的壓力為15～300MPa；

步驟四、實時記錄待測試管材脹形過程中的高壓液體介質8的壓力和脹形高度h，直至待測試管材破裂；

步驟五、測量待測試管材破裂點的壁厚：

根據壁厚線性模型通過計算獲得脹形過程中每一時刻的壁厚t：

t＝t₀-bh，其中t為每一時刻的壁厚，t₀為管材的初始壁厚，h為管材的脹形高度，b為常數；將脹形結束時的壁厚t_end和脹形高度h_end代入公式t＝t₀-bh即可求得b值；

步驟六、通過計算獲得管材的等效應力應變曲線；

等效應力為σi=σθ2-σθσz+σz2]]>

其中σ_θ為環向應力；σ_z為軸向應力；