[發(fā)明專利]材料樣品和用于確定樣品幾何形狀的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780053625.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-07
• 公開（公告）號(hào): CN109716100B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方向凡;羅伯特·格拉姆斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 方向凡;羅伯特·格拉姆斯
• 主分類號(hào): G01N3/307
• 分類號(hào): G01N3/307;G01N3/10
• 代理公司: 成都超凡明遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51258
• 代理人: 魏彥;洪玉姬

一種用于在負(fù)載試驗(yàn)中測(cè)定材料特性和/或材料特征值的材料樣品(100)，其特征在于，材料樣品(100)包括能塑性變形的主變形部段(108)、能彈性變形的變形部段(112)和能塑性變形的次變形部段(114)，其中考慮到樣品物料、物料尺寸、測(cè)量方法和/或負(fù)載速度，使主變形部段(108)、能彈性變形的變形部段(112)和次變形部段(114)彼此協(xié)調(diào)，以便即使在高應(yīng)變速率的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)減振地測(cè)定形變力；一種用于確定此類材料樣品(100)的樣品幾何形狀的方法；一種用于借助于此類材料樣品(100)，在負(fù)載試驗(yàn)中測(cè)定材料特性和/或材料特征值的方法；材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中借助于此類材料樣品來測(cè)定應(yīng)力應(yīng)變曲線；以及一種產(chǎn)品，其中使用借助于此類材料樣品測(cè)定的材料特征值來設(shè)計(jì)該產(chǎn)品。

說明書

本發(fā)明涉及一種用于在負(fù)載試驗(yàn)中測(cè)定材料特性和/或材料特征值的材料樣品。此外，本發(fā)明還涉及一種用于確定材料樣品的樣品幾何形狀的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種用于借助于材料樣品，在負(fù)載試驗(yàn)中測(cè)定材料特性和/或材料特征值的方法。此外，本發(fā)明還涉及材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。此外，本發(fā)明還涉及一種產(chǎn)品。

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，例如在汽車制造或者飛機(jī)制造中，通常材料被使用直至達(dá)到承載能力的極限。在碰撞負(fù)載下評(píng)估部件的承載能力要求可靠且可復(fù)制地測(cè)量材料特征值，并且要求同時(shí)考慮到高達(dá)超過1000 1/s的高形變速度或者說應(yīng)變速率的足夠精確的材料模型。

通常，通過具有比較緩慢的機(jī)器橫梁速度的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸壓縮測(cè)試機(jī)來測(cè)量處于約10^-41/s至約10^-11/s的準(zhǔn)靜態(tài)范圍內(nèi)的材料數(shù)據(jù)，特別是應(yīng)力應(yīng)變曲線。對(duì)于比較高的速度，使用伺服液壓測(cè)試儀，其機(jī)器橫梁的速度可達(dá)到20m/s。由此，在正確配置的樣品幾何形狀下，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)超過1000 1/s的應(yīng)變速率。

伺服液壓機(jī)在試驗(yàn)技術(shù)的操作和數(shù)據(jù)分析方面是簡(jiǎn)單的。機(jī)器橫梁的高速被傳遞到樣品上。這會(huì)產(chǎn)生類似沖擊的負(fù)荷：沖擊波或者說應(yīng)力波通過樣品和樣品周邊的零部件傳播，并且在阻抗變化處和材料過渡區(qū)被反射。由此產(chǎn)生整個(gè)機(jī)器-樣品夾頭-樣品系統(tǒng)的振動(dòng)，這也被稱為系統(tǒng)振動(dòng)。常規(guī)樣品幾何形狀的缺點(diǎn)在于，通過機(jī)器的測(cè)力單元或者其它測(cè)量設(shè)施諸如應(yīng)變片(DMS)等測(cè)得的力信號(hào)強(qiáng)烈震蕩，使得自特定的機(jī)器速度起，約2.5 m/s，不再可能分離開系統(tǒng)振動(dòng)和在樣品上作用的實(shí)際的力，此2.5m/s的機(jī)器速度對(duì)應(yīng)于ISO樣品DIN EN ISO 26203-2；2012-01的大約100 1/s的應(yīng)變速率。

已經(jīng)開發(fā)出若干解決方案，包括不通過機(jī)器的測(cè)力單元在樣品架上測(cè)量力，而是直接通過DMS在樣品的未變形區(qū)域上測(cè)量力。、當(dāng)平均應(yīng)變速率在200 1/s應(yīng)變速率范圍內(nèi)時(shí)，可以由此獲得得到改善的力信號(hào)，其質(zhì)量基本可以接受。然而，自200 1/s的應(yīng)變速率起，出現(xiàn)的振動(dòng)再次降低了信息質(zhì)量。

在此，通常使用圓形或者扁平拉伸試樣，其幾何形狀(長(zhǎng)度、寬度和外形)是標(biāo)準(zhǔn)化的。它們主要由較窄及其較薄的、應(yīng)發(fā)生塑性變形的區(qū)域和不得發(fā)生任何塑性變形的樣品肩部區(qū)域構(gòu)成，其中可以通過樣品肩部區(qū)域，將樣品夾緊在樣品架上。

為了在應(yīng)變速率在大于500 1/s至1000 1/s的范圍內(nèi)的極高的負(fù)載速度下測(cè)定材料數(shù)據(jù)，主要使用分離式霍普金森桿(SHPB)。在此使用的是極小的樣品。SHPB的優(yōu)點(diǎn)在于：可達(dá)到遠(yuǎn)高于1000 1/s的高應(yīng)變速率，而不會(huì)使得系統(tǒng)振動(dòng)干擾測(cè)量。相應(yīng)地，所測(cè)得的力量值沒有震蕩，并且非常適用于應(yīng)力應(yīng)變曲線的計(jì)算。然而，缺點(diǎn)在于，由于測(cè)量技術(shù)，僅可測(cè)量約0.2至約0.3的較小應(yīng)變。更嚴(yán)重的缺點(diǎn)是同一種物料的非常不同的測(cè)量結(jié)果。借助于FEM分析進(jìn)行的關(guān)于樣品幾何形狀對(duì)變形區(qū)域中的與此相關(guān)的應(yīng)力分布和應(yīng)變分布的影響已經(jīng)表明，在SHPB試驗(yàn)中，許多用于計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)假設(shè)在實(shí)際中都是無(wú)效的：在極小的樣品中，與假設(shè)的條件不同，應(yīng)力和應(yīng)變的分布不是均勻的，并且不總能達(dá)到準(zhǔn)靜態(tài)平衡。因此違反了使用該技術(shù)進(jìn)行有效計(jì)算的基本前提條件。這會(huì)導(dǎo)致高估形變及其所測(cè)定的應(yīng)力的偏差。在伺服液壓拉伸測(cè)試機(jī)上的拉伸試驗(yàn)過程中，不會(huì)在拉伸樣品中出現(xiàn)上述現(xiàn)象。