[發(fā)明專利]圓盤試樣壓縮獲取材料單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610169980.7
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105784481B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭云強(qiáng);蔡力勛;陳輝;包陳
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 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(zé)任公司 51200
• 代理人: 張澎

本發(fā)明公開了一種圓盤試樣壓縮獲取材料單軸應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系的方法，采用硬質(zhì)合金加工壓縮夾具，壓縮厚度適中的圓盤試樣獲取其連續(xù)的載荷?位移曲線，采用冪律擬合載荷?位移曲線（非線性段），將擬合的特征載荷和位移指數(shù)帶入式(2)計(jì)算即以獲取其單軸應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系。本發(fā)明適用于延性、冪律等向強(qiáng)化材料，能夠獲取多種類延性材料的應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系曲線，可以根據(jù)測試材料的實(shí)際情況設(shè)計(jì)試樣尺寸，試樣可以小到毫米級和微米級，靈活方便，克服了傳統(tǒng)單軸拉伸試驗(yàn)受到材料尺寸很大限制等不足，也可用于測試材料高溫單軸應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系曲線。本方法對于貴重金屬、輕質(zhì)材料、服役構(gòu)建微創(chuàng)圓片等小試樣的本構(gòu)關(guān)系的微力材料測試有較大優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及延性材料的力學(xué)性能測試技術(shù)，尤其是對輕質(zhì)、稀有、微尺度材料的力學(xué)性能測試領(lǐng)域。

背景技術(shù)

單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線是材料最基本的物理關(guān)系，是對材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能測試(如疲勞、斷裂)及有限元分析所需的基礎(chǔ)力學(xué)關(guān)系，對結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全性評定具有重要意義。傳統(tǒng)測試方法主要是從原材料或構(gòu)件上截取標(biāo)準(zhǔn)單軸拉伸試樣，且試樣尺寸屬于分米、厘米級。隨著小型化、輕量化構(gòu)件及昂貴先進(jìn)材料得到廣泛應(yīng)用及服役構(gòu)件微創(chuàng)取樣技術(shù)的發(fā)展，基于毫微試樣(毫米、微米級)的材料試驗(yàn)開始得到重視，此外，在航空航天、核電等工程中，存在著大量的焊接結(jié)構(gòu)以及高應(yīng)力梯度的構(gòu)件，采用傳統(tǒng)的單軸拉伸試驗(yàn)方法難以獲取不同區(qū)域(熱影響區(qū)、焊縫區(qū)等)的力學(xué)性能，因而采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行測試變得十分困難。發(fā)展毫微尺寸試樣的材料測試方法有重要意義。

圓盤試樣壓縮方法獲取材料單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線要求圓盤具有一定的厚度，保證在壓縮的時(shí)候不發(fā)生失穩(wěn)彎曲，同時(shí)又盡量接近平面應(yīng)力狀態(tài)，該方法的試樣加工、試驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理都較簡單，采用本發(fā)明可以方便獲取材料的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種基于能量理論的彈塑性公式(由簡單有限元分析獲取公式參量)的圓盤壓縮試驗(yàn)技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)材料單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的簡易精確測量。

本發(fā)明目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。

圓盤試樣壓縮獲取材料單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的方法,用于焊接結(jié)構(gòu)及高應(yīng)力梯度結(jié)構(gòu)的局部材料及小尺寸試樣的本構(gòu)關(guān)系測量以獲取材料單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；其主要步驟包括：

1)圓盤試樣厚度控制在B/r為0.3～0.6；采用硬質(zhì)合金壓縮夾具對壓縮圓盤試樣獲取P-V試驗(yàn)曲線，采用冪律

用于描述P-V關(guān)系，其中r為圓盤半徑，P*為特征載荷，m為位移指數(shù)，可由試驗(yàn)獲取的P-V試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到；

2)將P*和m值代入如下公式組

即可獲取材料屈服強(qiáng)度強(qiáng)度σ_y和應(yīng)變硬化指數(shù)n；式中c＝Eⁿσ_y^1-n/(1+n)，A*＝πrB，B表示圓盤厚度，E為材料彈性模量；k₁～k₅為模型常數(shù)；

3)將σ_y和n代入Hollomon方程

即可獲取材料的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。