[發明專利]一種測試復雜加載路徑下管材成形性能的方法

有效

• 申請號: 201611235602.0
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106840922B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 何祝斌;張坤;朱海輝;苑世劍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28;G01N3/06;G01N1/36
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高志光

一種測試復雜加載路徑下管材成形性能的方法，它涉及一種管材成形性能的測試方法，以解決傳統的固定應力狀態下線性加載路徑的測試方法以及近來出現的自由脹形實驗方法都無法使管材按照復雜加載路徑進行變形，因而無法得到復雜加載路徑下管材成形性能的問題，方法是按照以下步驟實現的：步驟一、模具制作：根據實際需要設計并加工具有特定的脹形約束區形狀和長徑比變化的管材脹形模具；步驟二、試樣制備；步驟三、安裝固定：步驟四、管材密封；步驟五、脹形測試；步驟六、數據分析。本發明用于復雜加載路徑下管材成形性能測試。

技術領域

本發明涉及一種管材成形性能的測試方法，具體涉及一種測試復雜加載路徑下管材成形性能的方法。

背景技術

在航空航天以及汽車工業中，為減輕結構重量、提高結構可靠性，迫切需要采用整體構件代替傳統的由多個簡單零件組裝拼焊的構件。空心封閉截面零件是整體構件中的重要一類，其主要采用原始較為簡單的薄壁筒坯或管坯制造而成。從簡單坯料成形為最終復雜零件，坯料將經歷復雜的變形過程。坯料上某一個區域的受力狀態及應力狀態將在整個變形過程中不斷變化。

眾所周知，材料在不同的受力狀態和應力狀態下變形時，會表現出不同的成形性能。例如，材料在單向拉伸至斷裂時的極限延伸率與脹形至破裂時某方向的極限伸長率會有明顯差別。為了描述材料在不同應力狀態下的成形性能或極限變形能力，通常需采用相應的實驗方法來使材料在某種特定條件下發生變形直至破壞，從而獲得這種條件下的極限應變。通過改變材料變形條件并進行相應的測試，可獲得不同變形條件下的極限應變，利用這些極限應變可以確定通常所說的成形極限圖(forming limit diagram)。需要指出的是，傳統的成形極限圖中的每一個數據點，只對應某一固定變形條件或線性加載路徑。這種采用固定變形條件或線性加載路徑確定的成形極限圖已被廣泛用于表征和評價材料的成形性能。但是，這種成形極限圖只能用于表示理想或者固定的變形條件下的成形性能。如果從變形初始至最終破壞時材料的變形條件或加載路徑不斷發生變化，那么這種傳統的成形極限圖將不再適用。

近來，出現了采用管材自由脹形實驗來模擬真實的管材脹形成形過程，并利用自由脹形最終破裂時的極限應變來表征管材成形極限的方法。自由脹形時管材在軸向和環向都受拉力的條件下發生變形，而且在變形過程中管材軸向應力和環向應力的比值(即應力狀態)是不斷變化的，這種變化與實際管材脹形成形過程類似，因此利用這種方法確定的極限應變可以更好地對實際脹形成形進行指導，特別是用于判斷材料的成形性能能否滿足零件成形的需要。目前，自由脹形實驗作為一種直接測試和評價管材成形性能特別是脹形性能的實驗方法，已經得到了廣泛認可和實際應用。管材脹形破裂后的極限脹形系數(管材直徑的最大變化量與初始直徑的比值)、脹破壓力、脹破時的極限應變常被用作評價管材成形性能的指標。然而，現有的管材自由脹形過程中，中間脹形區的管材長度基本保持不變，該區域材料的應力狀態雖然也會發生一定程度的變化，但是這種變化完全由中間脹形區管材的長度決定。因此，通過這種固定脹形區長度的自由脹形實驗，只能獲得某些簡單變化或某些特定的應力路徑下的成形性能，并不能獲得更一般的復雜應力路徑下的成形極限，也就無法對上述的復雜整體構件的成形提供準確有效的指導。為了準確獲得管材在復雜成形條件下的成形性能，需要一種能夠使管材在更一般且可控的復雜加載路徑下變形的實驗方法。

發明內容

本發明是為解決傳統的固定應力狀態下線性加載路徑的測試方法以及近來出現的自由脹形實驗方法都無法使管材按照復雜加載路徑進行變形，因而無法得到復雜加載路徑下管材成形性能的問題，進而提出一種測試復雜加載路徑下管材成形性能的方法。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：

方案一：一種測試復雜加載路徑下管材成形性能的方法是按照以下步驟實現的：

步驟一、模具制作：根據實際需要設計并加工具有特定的脹形約束區形狀和長徑比變化的管材脹形模具；

步驟二、試樣制備：按照實驗需要截取一定長度管材試樣，并將管材試樣表面清洗干凈；