[發明專利]一種鈦合金錐形壓痕約束因子和代表應變的確定方法

有效

• 申請號: 201811282245.2
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109446658B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 吉喆;沈承金;徐杰;郭濤
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C20/30;G16C10/00;G16C60/00;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種鈦合金錐形壓痕約束因子和代表應變的確定方法，屬于鈦合金代表應變和約束因子計算方法。首先，計算鈦合金不同屈服強度、應變硬化指數和彈性模量條件下的硬度；然后，在彈性模量不變的條件下，使用公式ln(H/σ_y)＝lnC+nln(Eε_r/σ_y)進行線性擬合，通過擬合直線斜率ln(Eε_r/σ_y)和截距lnC，分別求解不同屈服強度條件下的代表應變和約束因子；對不同屈服強度條件下的代表應變進行平均確定代表應變；對約束因子和屈服強度進行線性擬合，確定關系式C＝p?q×10^?4σ_y中的線性擬合常數p和q；對屈服強度和壓痕硬度數據進行線性擬合，確定關系式σ_y＝H/i?j中的線性擬合常數i和j，將關系式σ_y＝H/i?j代入C＝p?q×10^?4σ_y，得到壓痕硬度與約束因子關系式C＝p?q×10^?4(H/i?j)。優點：該方法快速、簡便、易行，效果良好。

技術領域

本發明涉及一種鈦合金代表應變和約束因子計算方法，特別是一種鈦合金錐形壓痕約束因子和代表應變的確定方法。

背景技術

鈦合金具有高比剛度、高比強度和優良的綜合力學性能，在航空、航天領域得到廣泛的應用。壓痕技術測量材料性能具有制樣簡單，操作方便，無損等優點，從而廣泛的應用于鈦合金性能檢測。壓痕測試技術是將壓頭壓入被測材料，通過連續記錄壓頭加載過程和卸載過程的載荷、位移數據，得到載荷-位移曲線的一種方法。通過分析載荷-位移曲線，不僅可以得到被測材料的彈性模量和硬度，而且使用約束因子和代表應變，通過量綱分析和壓痕變形過程有限元分析，可以由載荷-位移曲線反求應力-應變曲線，這對求解微小體積試樣的應力-應變曲線，以及表征鈦合金部件不同位置由于變形不均勻等原因引起的性能不均勻提供了一條可行便捷的方法。

目前已有的鈦合金代表應變和約束因子的求解方法，求解得到的代表應變和約束因子為固定的值，但是并沒有給出代表應變和約束因子隨鈦合金性能變化關系。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要提供一種鈦合金錐形壓痕約束因子和代表應變的確定方法，獲得鈦合金不同性能參數條件下，錐形壓痕約束因子和代表應變的值。

實現本發明目的的技術方案：通過壓痕變形過程模擬計算鈦合金的硬度，確定鈦合金性能參數與約束因子和代表應變關系，求解約束因子和代表應變，其計算步驟具體為：

a.計算壓痕硬度：

先建立錐形壓痕變形過程有限元模型；通過建立的有限元模型，計算鈦合金不同屈服強度(σ_y)、不同應變硬化指數(n)和不同彈性模量(E)條件下壓痕硬度(H)；

所述的建立錐形壓痕變形過程有限元模型，具體分為壓頭和鈦合金幾何建模以及壓頭和鈦合金應力-應變曲線的確定，壓頭和鈦合金幾何建模的具體步驟如下：

(1)采用二維軸對稱模型進行模擬，將三棱錐形Berkovich壓頭壓入材料過程簡化為軸對稱問題；

(2)壓頭采用與豎直方向夾角70.3°的線段表示，被壓鈦合金用一個平面表示；

(3)平面的左邊施加對稱邊界條件，底邊限制豎直方向的位移，載荷通過壓頭的參考點施加；

(4)采用四節點軸對稱線性減縮積分單元進行網格劃分；

(5)在壓頭附近采用尺寸較小的網格，而在遠離壓頭的位置采用尺寸較大的網格。

所述的壓頭和鈦合金應力-應變曲線確定：

壓頭在有限元模型中簡化為剛體；

鈦合金的應力-應變曲線采用冪強化模型來描述：