[發明專利]一種測量材料真實應力的方法

有效

• 申請號: 201810239302.2
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108458929B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王建國;趙慧;李維火
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 郭大美

本發明公開了一種測量材料真實應力的方法，屬于材料科學技術領域。本發明考慮了材料在彈性變形區間的泊松效應和體積膨脹，同時考慮了材料在塑性變形過程中變形的高度局域化，即通過剪切帶的形成和滑動完成塑性變形。因此在整個變形過程中，結合樣件的原始尺寸能夠精確計算出有效的承載面積，從而能夠利用單軸加載的載荷?位移曲線準確無誤地測量出樣件所承受真實應力，這對利用單軸加載來確定材料基本力學性能參數有著重要的意義和價值。

技術領域

本發明屬于材料科學技術領域，更具體地說，涉及一種測量材料真實應力的方法。

背景技術

為了衡量、評估和比較材料(特別是結構材料)的力學性能，最為簡單、方便的測試方法是單軸拉伸和單軸壓縮，然后根據載荷-位移曲線結合試樣的幾何尺寸，計算出應力-應變關系，從而得到材料的楊氏模量、屈服強度、斷裂強度和延伸率四項極為重要的性能參數。為了更為準確反應材料內部的應力狀態，通常根據實驗中得到的工程應力-應變曲線來計算真實應力-應變曲線，計算公式在相關教科書中均有推導和說明：

ε_t＝ln(1+ε_e) (1)

σ_t＝σ_e(1+ε_e) (2)

式中σ_e，ε_e，σ_t和ε_t分別為工程應力，工程應變，真實應力和真實應變。而工程應變ε_e和工程應力σ_e由下式給出：

式中F，Δl，A₀和l₀分別為載荷，變形量，試樣的初始橫截面積和長度。真實應力σ_t則要考慮試樣的即時橫截面積A：

由公式(4)和公式(5)得到真實應力σ_t與工程應力σ_e的關系(2)有一個基本的前提條件：試樣材料的體積大小在變形前后是不變的，即：

A₀l₀＝Al (6)

式中l為試樣的即時長度。

然而，材料即使在單軸應力作用下，體積也是會發生變化的，除非其體彈模量K無限大，或者泊松比μ＝0.5。但是，對于所有真實的材料，K是有限的；除了一些特殊的橡膠和復合材料，絕大多數材料的泊松比μ0.5。因此，公式(2)是不能普遍成立的。

另外，對于一些材料，其塑性變形是高度局域化的，如金屬玻璃。這一類材料的塑性變形集中于厚度約為1μm的區域，該區域被稱為“剪切帶”。金屬玻璃的塑性變形主要是通過剪切帶的滑動進行的，和傳統材料由加工硬化導致的均勻塑性變形有著本質區別。因此，以上的公式都不適用，所以無法對真實應力進行測量和計算。

發明內容

1.要解決的問題

為了解決上述背景技術中所提及的問題，即材料的膨脹屬性和塑性變形的局域化，本發明提供一種測量材料真實應力的方法。本發明不再將在彈性變形過程中的材料的體積視為常數，考慮了材料的泊松效應，這樣就能夠正確地計算出被測試樣件的橫截面積，在此基礎上便能夠精確測量出樣件所承受的真實應力；同時考慮了塑性變形階段應變高度局域化的情形，在塑性變形開始時刻就對樣件受力的橫截面積進行校準，進而利用載荷精確計算樣件所承受的真實應力。

2.技術方案

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種測量材料真實應力的方法，包括以下具體的步驟：