[發明專利]一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法

有效

• 申請號: 201410020901.7
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103760022B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 肖軍杰;李東升;續明進;程光耀;李宏峰
• 申請（專利權）人: 北京印刷學院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高柔性絕緣隔熱材料常溫、高溫受力變形計算方法，具體而言，涉及高柔性絕緣隔熱材料的單向壓縮試驗，材料本構建模，材料參數驗證及工程應用，屬于材料加工技術領域。

背景技術

高柔性絕緣隔熱材料由于具有高溫穩定、柔性隨變、絕緣、隔熱等諸多優點，因此，在材料先進溫熱成形中作為墊層被廣泛使用。尤其是在電流輔助成形時，由于要絕緣隔熱坯料和模具，經常采用高柔性絕緣隔熱材料。但是，由于這種材料的高柔性，材料受力與變形關系復雜，呈現高度非線性、卸載能損等特點；并且材料受力變形量大，造成受力墊層材料對成形零件尺寸影響大的特點。同時，墊層材料在使用過程中，電接觸、熱影響、載荷耦合作用，材料使役工況異常復雜，因此，確定墊層變形對成形零件尺寸的影響規律變得非常困難。

發明內容

本發明的目的是為了建立高柔性絕緣隔熱材料受力變形的本構模型，并將其應用推廣。

本發明需要建立受力墊層變形對成形零件尺寸的影響規律，通過單向壓縮試驗、本構建模、參數識別、擬合仿真、對比驗證等方法，快速確定高柔性絕緣隔熱材料的參數，從而建立高柔性絕緣隔熱材料的本構模型，定量確定墊層變形對成形零件尺寸的影響。

本發明采用以下技術方案：

(1)針對高柔性絕緣隔熱材料，在壓力試樣機上進行標準壓縮試驗，獲取材料的單向壓縮數據；

(2)根據步驟(1)獲得的單向壓縮數據，繪制材料的壓力-變形本構曲線，并就曲線特征進行分析；

(3)根據曲線特征，選擇合適的本構函數，采用“試錯法”，擬合高柔性絕緣隔熱材料的參數；

(4)將步驟(3)確定的材料參數，帶入步驟(3)的本構函數，確定材料本構方程；然后依據內插外推方法，利用確定的材料本構方程，計算高柔性絕緣隔熱材料受力狀態的變形量；

(5)工程判斷。如果步驟(4)的計算結果不符合工程實際，則返回步驟(2)，重新分析曲線，選擇函數，識別材料參數，進行計算；如果符合工程實際，進入下一步；(6)建立高柔性絕緣隔熱材料的本構模型，定量確定墊層變形對成形零件尺寸的影響，并將其進行工程應用及推廣，為高柔性絕緣隔熱材料受力變形提供一種工程解析方法。

與現有技術相比，本方法的優點在于：采用了彈塑性力學本構建模的思想，對高柔性絕緣隔熱材料模型化，采用本構建模、參數識別、擬合仿真、對比驗證等方法，快速確定高柔性絕緣隔熱材料的參數，建立高柔性絕緣隔熱材料的本構模型，定量確定墊層變形對成形零件尺寸的影響。該工程方法具有快速化、低成本、簡便易行的特點。

附圖說明

圖1為一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法的流程圖；

圖2為高柔性絕緣隔熱材料標準單向壓縮試驗圖：

(a)為壓縮試樣圖；

(b)為壓縮試驗機夾頭圖；

圖3為高柔性絕緣隔熱材料在一個壓縮循環周期內的應力應變曲線；

圖4為高柔性絕緣隔熱材料本構方程擬合結果和試驗結果的對比：

(a)加載階段的對比結果；

(b)卸載階段的對比結果；

圖5為高柔性絕緣隔熱材料受壓后等效模面示意圖：

(a)高柔性絕緣隔熱材料受壓示意圖；

(b)等效模面示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖1-5和具體實例對本發明作詳細說明。

本發明提供了高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法，其流程如圖1所示。

本發明步驟如下：

步驟1：高柔性絕緣隔熱材料選擇Kaowool?Paper，壓縮實驗設備采用Ametek公司LR30K試驗機，壓縮試驗標準遵循GB/T7757-93。壓縮試樣厚度為6mm，試樣直徑Ф=52.5mm，見圖2(a)。壓縮試驗的速度控制為10±2mm/min，壓縮試驗工作部分見圖2(b)。

步驟2：借助繪圖OriginPro軟件，根據單向壓縮試驗數據繪制Kaowool材料的應力應變曲線，見圖3，其中，橫坐標表示工程應變，縱坐標表示工程應力。

分析圖3，可以看出Kaowool材料具有如下特性：

①工程應力在[0，0.7]范圍內沒有大的變化，一直維持在低應力水平；

②工程應力在[0.7，0.98]范圍內急劇變化，呈現劇烈的單調遞增趨勢；

③材料的加載曲線與卸載曲線并不相同：加載階段的彈性模量小于卸載階段的彈性模量，因此，在偽彈性階段，一部分彈性能轉變成塑性能，材料發生了塑性變形，這是與金屬材料變形的顯著不同之處；