[發(fā)明專利]基于納米壓痕試驗(yàn)的焊接接頭本構(gòu)模型反推方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811241182.6
• 申請(qǐng)日: 2018-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN109299568B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉小剛;朱笑林;楊磊;郭海丁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張耀文

本發(fā)明提供了基于納米壓痕試驗(yàn)的焊接接頭本構(gòu)模型反推方法，包括以下步驟：步驟1：構(gòu)建焊接接頭本構(gòu)模型；步驟2：進(jìn)行量綱分析，得出應(yīng)力和應(yīng)變之間的無量綱函數(shù)；步驟3：選取滿足步驟1本構(gòu)關(guān)系的材料，對(duì)壓頭壓入材料的過程進(jìn)行有限元模擬；步驟4：確定選取的材料及對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變，代入無量綱函數(shù)，確定與每個(gè)材料對(duì)應(yīng)的函數(shù)數(shù)值；步驟5：對(duì)得到的力學(xué)性能參數(shù)與函數(shù)數(shù)值進(jìn)行擬合，得到無量綱函數(shù)的表達(dá)式；步驟6：對(duì)焊接接頭進(jìn)行納米壓痕試驗(yàn)，求解焊接接頭的力學(xué)性能參數(shù)；步驟7：利用力學(xué)性能參數(shù)反推焊接接頭的本構(gòu)模型。本發(fā)明提供的基于納米壓痕試驗(yàn)的焊接接頭本構(gòu)模型反推方法的優(yōu)點(diǎn)在于：適用性廣、降低成本、準(zhǔn)確度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料力學(xué)性能的測(cè)試方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于納米壓痕試驗(yàn)的焊接接頭本構(gòu)模型反推方法。

背景技術(shù)

金屬焊接成形的工藝特點(diǎn)決定了焊接接頭不同區(qū)域的材料力學(xué)性能具有非均勻性，獲取非均質(zhì)材料各區(qū)域的本構(gòu)關(guān)系是分析其破壞行為的重要先決條件之一。

目前針對(duì)焊接接頭的本構(gòu)模型的研究絕大部分是按照國標(biāo)在垂直于焊接方向取標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行。常規(guī)方法能夠獲得“平均”意義下的焊接接頭的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)，卻無法反應(yīng)焊接接頭不同區(qū)域的材料力學(xué)性能，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的幫助十分有限。

為了獲取焊接接頭的微區(qū)力學(xué)性能，深入研究接頭的可靠性，還可以采用其他途徑的傳統(tǒng)試驗(yàn)手段，如微拉伸試驗(yàn)。

微拉伸試驗(yàn)通過在焊接接頭不同區(qū)域取小試樣進(jìn)行拉伸，通過高分辨率的應(yīng)變和應(yīng)力測(cè)量，可以得到材料在任意方向上的力學(xué)性能參數(shù)。但其仍存在以下不足：

1.對(duì)于某些微區(qū)尺寸較小的焊接接頭，在接頭微區(qū)取樣仍然十分困難；

2.試驗(yàn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種通過納米壓痕試驗(yàn)反推焊接接頭本構(gòu)模型的方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：

基于納米壓痕試驗(yàn)的焊接接頭本構(gòu)模型反推方法，包括以下步驟：

步驟1：確定焊接接頭符合的本構(gòu)模型，并構(gòu)建由材料力學(xué)性能參數(shù)表達(dá)的本構(gòu)模型數(shù)學(xué)表達(dá)式；

步驟2：使用π定理對(duì)壓頭壓入焊接接頭表面的過程進(jìn)行量綱分析，得出加載/卸荷過程中材料基本力學(xué)性能參數(shù)與壓頭壓入過程參數(shù)之間的無量綱π函數(shù)關(guān)系；

步驟3：選取多個(gè)符合步驟1所述的本構(gòu)關(guān)系的材料，對(duì)壓頭壓入這些材料的過程進(jìn)行有限元模擬，得到載荷-位移響應(yīng)曲線；

步驟4：由步驟3選取的材料的力學(xué)性能參數(shù)，在載荷-位移響應(yīng)曲線上確定對(duì)應(yīng)的壓入過程參數(shù)，代入步驟2得到的無量綱π函數(shù)公式，針對(duì)每組力學(xué)性能參數(shù)確定與之對(duì)應(yīng)的無量綱π函數(shù)數(shù)值；

步驟5：利用步驟4得到的力學(xué)性能參數(shù)與無量綱π函數(shù)數(shù)值對(duì)無量綱π函數(shù)進(jìn)行擬合，得到由力學(xué)性能參數(shù)表達(dá)的無量綱π函數(shù)的二次多項(xiàng)表達(dá)式；

步驟6：對(duì)焊接接頭進(jìn)行納米壓痕試驗(yàn)，確定無量綱函數(shù)的數(shù)值，代入步驟5得到的二次多項(xiàng)表達(dá)式中求解焊接接頭的力學(xué)性能參數(shù)；

步驟7：將步驟6的力學(xué)性能參數(shù)結(jié)果代入步驟1中的數(shù)學(xué)表達(dá)式中，從而反推得到焊接接頭的本構(gòu)模型。

優(yōu)選地，所述焊接接頭為TC4鈦合金擴(kuò)散焊接頭，其本構(gòu)關(guān)系符合Hollomon本構(gòu)模型，簡(jiǎn)化后的數(shù)學(xué)表達(dá)式為，

其中，σ為應(yīng)力，ε為應(yīng)變，E為彈性模量，n為加工硬化指數(shù)，σ_y為屈服強(qiáng)度。

優(yōu)選地，步驟2所述的無量綱π函數(shù)表達(dá)式為