[發明專利]金屬材料應力-應變曲線測量及應用方法

有效

• 申請號: 201310446656.1
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103471932A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 翟月雯;鐘志平;邊翊
• 申請（專利權）人: 北京機電研究所
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營;張煥亮

技術領域

本發明涉及材料和熱加工領域物理模擬技術，具體涉及一種金屬材料應力-應變曲線測量及應用方法。?

背景技術

在金屬的高溫鍛造生產中，預先了解金屬材料的高溫變形規律，即其應力-應變曲線，才能夠制訂正確的鍛造工藝，根據不同變形條件要求進行加工，鍛造出高精度的產品。?

另一方面，對于金屬材料制成的產品用于特定用途時，例如用于高速列車的軸承、發動機等，其工作狀態為高溫、高應力的狀態，因此，如何選擇制作這類產品的金屬材料，也需要了解其應力-應變曲線，在了解了材料的應力-應變曲線后，才能正確選取相應的材料制成的產品。?

可見，如何獲得特定溫度下的金屬材料的應力-應變曲線，即如何獲得金屬材料的高溫下的變形規律，是高溫鍛造工藝中，或特定用途中選取材料的重要依據之一。?

對于金屬材料熱變形過程的數值模擬，材料模型特別是材料應力-應變曲線的準確性對于最終模擬結果的準確性影響至關重要。從理論上講，金屬熱變形和微觀組織演化的一般規律為：當金屬處于純動態回復狀態時，變形開始的應力值隨應變迅速增長，超過一定變形量后，應力隨應變的增長速率逐漸降低，直至應力達到其穩態值。當金屬處于動態再結晶狀態時，變形開始的應力隨應變迅速增加，達到峰值應力后則逐漸減小，且減小速率逐漸降低，直至達到動態再結晶穩態應力值并保持不變。當金屬處于動態晶粒長大狀態時，應力-應變曲線呈多峰型，隨應變增加應力震蕩逐漸趨緩，并趨于穩態。由上可?知，無論金屬材料（試樣）內是發生動態回復、動態再結晶還是動態晶粒長大，只要應變足夠大，其應力隨應變的變化速率均趨于零，應力數值則趨向其穩態并保持不變，因而理論的應力-應變曲線尾部不應出現翹曲。?

但是，如圖1示出的在實驗中任意選取的一條高溫下的應力-應變曲線，無一不發生曲線尾部的翹曲狀況，表示應力隨應變增加，且同時其應變速率也隨之增加。顯然，尾部翹曲與理論的曲線不符，為了解釋實驗測量的真曲線與理論曲線的誤差，目前通常是將其歸咎于因摩擦而造成的載荷加大，并通過摩擦系數的修正方式去靠近理論曲線。?

但這種視為摩擦原因帶來的誤差，并非上述尾部翹曲的主要原因，并且這種解釋方法既不能解決高溫實驗中的曲線尾部翹曲問題，也誤導了材料在熱加工過程中組織與性能變化規律，即采用錯誤的誤差參數去修正實驗獲得的真應力-應變曲線，進而會導致工程中對材料的錯誤選取，或加工工藝中錯誤的工藝參數。?

發明內容

本發明提供一種金屬材料應力-應變曲線測量及應用方法，在現有的試驗機精度及控制系統的條件下，降低壓縮過程中應變速率的增加對應力-應變曲線翹曲的影響，使材料應力應變曲線更接近真實情況，從而對金屬材料的數值模擬產生積極影響。?

本申請所提供的金屬材料應力-應變曲線測量方法包括步驟：?

A、檢測試驗機所進行的高溫金屬材料均勻壓縮實驗中應變速率的變化量；?

B、構建包括x軸向的真應變曲線、y軸向的應變速率曲線和z軸向的真應力曲線的三維曲線函數；?

C、對步驟B中的三維曲線函數進行插值，生成應力-應變修正曲線。?

由上，構建在真實應變速率下，真應力、真應變的三維曲線，進?一步的，通過插值消除應變速率的影響，生成應力-應變修正曲線，從而實現在現有的試驗機精度及控制系統的條件下，降低壓縮過程中應變速率的增加對應力-應變曲線翹曲的影響，使材料應力應變曲線更接近真實情況。?

可選的，所述應變速率其中V表示試驗機的壓頭運動速度、L₀表示金屬材料的初始長度、ε表示真應變。?

由上，通過該表達式得到應變速率隨應變變化的曲線，可直觀得出均勻壓縮實驗中應變速率的變化量，以對應變速率對應力-應變曲線尾部產生翹曲提供數據支持。?

可選的，所述真應變曲線式中L表示金屬材料的瞬時長度、L₀表示試樣的初始長度；?

真應力曲線其中，式中F表示金屬材料所受載荷、A表示金屬材料受力面的瞬時橫截面積、A₀表示金屬材料受力面的初始橫截面積、L表示金屬材料受載荷而被壓縮后的瞬時長度、L₀表示金屬材料的初始長度。?

可選的，步驟C中，包括：?

步驟C1：對x軸進行線性插值；?

步驟C2：對y軸進行曲面插值。?

由上，通過對x軸、y軸分別進行插值運算，消除三維視圖中應變速率參數，以得出等應變速率的應力-應變曲線，以實現減輕應變速率對應力-應變曲線的尾部翹曲的影響。?