[發明專利]一種塑性材料高溫應變數據的處理方法

有效

• 申請號: 201811097060.4
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109211685B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 陳茉莉;湯劍飛;施則高
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開了一種塑性材料高溫應變試驗數據處理方法,主要步驟是根據引伸計卸除時的控制參量得到第一段試驗的結束點和第二段試驗的起始點，然后結合閾值對因引伸計卸除造成的曲線毛疵進行插值數據處理。根據引伸計卸除前位移與應變的關系計算引伸計卸除后的應變值，使試驗的應變數據完整化。對有明顯屈服極限和無明顯屈服極限的材料，基于輔助曲線與試驗曲線的交點得到屈服極限。基于屈服極限過渡完成后的點到抗拉強度之間的數據得到材料的本構模型。本發明可通過編程實現試驗數據去毛疵、應變數據完整化、屈服極限計算及本構模型參數擬合的自動化處理，可有效提高塑性材料高溫應變試驗數據處理效率。

技術領域

本發明涉及高溫力學性能測試領域,具體涉及塑性材料高溫應變試驗數據處理方法。

背景技術

塑性材料即使存在較大變形也不會發生斷裂，具有較好的抗沖擊性能，廣泛應用于航空發動機機匣、核電管道等領域，國內外眾多單位致力于塑性材料新型加工工藝的研發。為了解新型加工工藝對力學性能的影響，需要進行材料試驗，高溫應變試驗是耐高溫塑性材料的基本力學試驗之一。

塑性材料的高溫應變試驗中，常用的傳感器包括位移傳感器、力傳感器及測試應變的高溫引伸計。國內外材料試驗機配套的高溫引伸計多基于電橋電路工作原理，結構上為刀頭、力臂、電路裝置、引線等。高溫拉伸引伸計包括2個刀頭，刀頭與試件接觸，是試件應變測試的執行元件。2個刀頭之間的初始距離稱為標矩，當試件發生變形時，2個刀頭之間的距離隨試件的變形發生變化，通過電橋電路測試2個刀頭的距離，可以得到標矩內試件的平均應變。

對于高溫引伸計，刀頭一般采用陶瓷或石英材料制作，這是因為這兩種材料耐高溫且在高溫下的變形小，可以更為精確的響應試件的變形。不足的是，陶瓷和石英均為脆性材料，使得高溫應變引伸計的量程受限，不能測試大變形，這導致大變形的高溫塑性材料應變測試困難。

高溫塑性材料變形大，頸縮明顯，若用試件位移和試件長度的比值估計應變，誤差往往很大。為使試驗結果準確，也為物盡其用，通常將塑性材料的高溫應變試驗過程分兩段：第一段試驗，預設一個略小于引伸計滿量程的應變上限值，用高溫引伸計測試試件試驗段的應變，直至應變達到預設值，試驗機停止運動且保持當前試驗狀態，卸除引伸計；第二段試驗中，在卸除引伸計的情況下，繼續加載，直至試件斷裂。這樣，第一段試驗可以采集到準確的應變數據，而第二段試驗則無應變數據，在已有試驗條件下最大限度滿足了試驗對應變測試的需求。

然而，高溫塑性材料分段試驗仍有兩個問題需要解決：1)估計出第二段試驗的應變數據，使應變數據完整，從而預估最大工程應變、工程應力、真應變、真應力等；2)對卸除引伸計導致的毛疵數據處理，這是因為分段試驗雖然得到了部分應變數據，卻因卸除引伸計而暫停加載，使原本較光滑的試驗曲線出現人為毛疵(局部間斷點)，這種毛疵是沖擊振動造成的局部載荷突降，而繼續試驗加載后的一小段時間存在過阻尼振動造成的，它嚴重影響材料本構模型參數的計算精度，甚至導致完全錯誤的結果。

對第1)問題，常見的數據處理方法是用彈性模量及加載力數據估算卸除引伸計后的應變值，這種方法簡單，但高溫引伸計的滿量程一般在10％左右，塑性材料大多在卸除引伸計時進入塑性段，采用彈性方式預估塑性應變會導致很大的誤差。

對第2)問題，常見的處理方法是將毛疵看作粗大誤差，從而直接將該毛疵數據刪除以使曲線看起來光滑。這種方式不能從根本上消除試驗數據間斷點，而間斷點的存在必然導致塑性材料本構模型參數的計算誤差或錯誤。

發明內容

發明目的：本發明提供一種塑性材料高溫應變試驗數據處理方法,解決大變形塑性材料高溫試驗時，因陶瓷或石英刀頭的高溫應變引伸計量程不足而導致的應變測試數據不完整及試驗結果含間斷點的數據處理問題，同時解決大塑性變形材料本構模型的參數預估問題。該方法將高溫大變形塑性材料力學測試數據處理過程流程化，便于軟件編程自動處理試驗數據，適用各類塑性材料的本構模型參數預估，可大大提高試驗數據的處理效率。