[發明專利]一種表征軋制差厚板力學行為的單向拉伸試樣的設計方法

有效

• 申請號: 201710609216.1
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107478475B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 劉相華;張思佳;劉立忠;王琛渠
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 任凱

1.一種表征軋制差厚板力學行為的單向拉伸試樣的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：確定軋制差厚板單向拉伸試樣的取樣位置及大致形狀：軋制差厚板單向拉伸試樣的取樣位置應包括軋制差厚板的部分厚區、部分薄區以及全部厚度過渡區，其中，厚區和薄區分別位于厚度過渡區的兩側，試樣夾持端之間厚區與薄區的長度相等，為5-20mm；

步驟2：以單向拉伸試樣變形區內厚區或薄區作為基準區域，選定基準區域的名義寬度b_b作為基準寬度；

步驟3：針對性能不均勻的軋制差厚板以及性能均勻的軋制差厚板，分別設計單向拉伸試樣的變形區的幾何形狀；

針對力學性能不均勻的軋制差厚板，設計單向拉伸試樣的變形區的幾何形狀,包括如下步驟：

步驟一、將軋制差厚板的厚度過渡區分為長度相等的n個區域，以第i區為基準，i＝1,...n，制備n個其厚度與i區厚度t_i相同、成形工藝和退火工藝與i區位置的工藝相同的等厚度板；沿軋制方向，在上述不同厚度的等厚度板上，以國標GB /T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》為標準，使用電火花線切割切取等厚拉伸試樣，分別進行單向拉伸試驗，測量其屈服強度，為保證測量數據的準確性，屈服強度采用3次測量求平均值的方法，獲得與等厚拉伸試樣對應的各種厚度的等厚板的屈服強度Re_i；

步驟二、以所述基準區域的材料作為基準材料，計算變形區內基準材料發生屈服時所需拉力；具體計算公式如下：

F_b＝S_b×Re_b＝b_b×h_b×Re_b (1)

其中：F_b表示基準材料發生屈服時所需拉力；S_b表示基準區域的截面積；h_b表示基準區域的厚度；Re_b表示與基準區域厚度相同的等厚板的屈服強度；

步驟三、確定單向拉伸試樣厚度過渡區不同厚度處的截面積；具體計算公式如下：

其中：S_j表示拉伸試樣過渡區j點位置處的截面積；Re_j表示拉伸試樣過渡區j點位置處的屈服強度；

步驟四、確定單向拉伸試樣厚度過渡區不同厚度處的試樣寬度；具體計算公式如下：

其中：b_j表示單向拉伸試樣厚度過渡區j點位置處的試樣寬度；h_j表示單向拉伸試樣j點位置處的試樣厚度；

步驟五、使用樣條曲線，將變形區內各寬向的輪廓點連接起來，獲得軋制差厚板單向拉伸試樣變形區的幾何形狀；

針對力學性能均勻的軋制差厚板，設計單向拉伸試樣的變形區的幾何形狀包括如下步驟：

步驟A、計算基準區域截面積S_b，具體計算公式如下：

S_b＝b_b×h_b (4)

步驟B、將軋制差厚板單向拉伸試樣的厚度過渡區放置于空間直角坐標系中，坐標原點取在過渡區左端截面的中心點，軋制方向與Y軸平行，試樣厚度方向與Z軸平行，試樣寬度方向與X軸平行；此時軋制差厚板位于坐標系第一象限的厚度過渡曲線的數學表達式為：

h_k＝f(y_k) 0≤y_k≤l (5)

式中k為厚度過渡區內某一橫截面；2h_k為該橫截面的高度；y_k為該橫截面與坐標原點間的距離，l為軋制差厚板過渡區長度；

根據軋制差厚板過渡區類型的不同，其厚度過渡曲線如下：

1)直線型過渡區，其過渡曲線的表達式為：

f(y_k)＝cy_k+a 0≤y_k≤l (6)

式中c、a分別為該函數的系數，為取值與過渡曲線形狀有關的常數；

2)三次曲線型過渡區，其過渡曲線的表達式為：

式中c₀、c₁、c₂、c₃分別為該函數的系數，為取值與過渡曲線形狀有關的常數；

步驟C、計算軋制差厚板單向拉伸試樣位于坐標系第一、二象限的寬度過渡曲線的數學表達式：

式中|2b_k|為該橫截面的寬度；

根據軋制差厚板厚度過渡曲線的表達式的不同，寬度過渡曲線的表達式如下：

a)厚度過渡曲線為f(y_k)＝cy_k+a，寬度過渡區曲線的表達式為：

b)厚度過渡曲線為寬度過渡區曲線的表達式為：

步驟D、將空間坐標系內寬度過渡曲線投影到xOy平面上，獲得軋制差厚板單向拉伸試樣過渡區的幾何形狀；

步驟4：參照GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》設計軋制差厚板單向拉伸試樣的整體長度、夾持端寬度以及夾持端到變形區的過渡圓弧半徑；

步驟5：根據以上步驟確定的尺寸，確定軋制差厚板單向拉伸試樣的整體外形尺寸。