[發明專利]一種測量金屬拉伸試驗過程中塑性應變比的方法

有效

• 申請號: 201911086428.1
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110779797B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 金霞;蔡順;陳櫻利;胡俊聰;惠昊翀;趙亮;潘勁偉;王耀武;王建政;任朝東;胡鵬;宋云鶴;卞玉新;袁錫康;肖葉鑫;趙懷勇;王鵬;劉艷杰;張浩偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 閆彪

本發明涉及一種測量金屬拉伸試驗過程中塑性應變比的方法，包括以下步驟：在金屬試樣表面標距區域內布置散斑點制成待測拉伸試樣；對拉伸試樣進行拉伸試驗，獲得初始狀態的圖像作為第一圖像，以及均勻塑性變形階段的圖像作為第二圖像；對第一圖像和第二圖像的灰度場做相關性匹配可得第一圖像所有像素點的位移場；對位移場進行微分計算得到標距區域內長度和寬度方向的真實塑性應變；根據拉伸過程中的體積不變原則，得到金屬試樣的塑性應變比。本發明具有非接觸、對試樣力學性能影響小、精度高、結果可靠等優點，為金屬拉伸試驗過程中精確測量塑性應變比（r值）提供了一種新的思路和手段。

技術領域

本發明涉及一種測量金屬拉伸試驗過程中塑性應變比的方法，屬于材料力學技術領域。

背景技術

塑性應變比(r值)作為衡量金屬板材成形性能的重要力學參數，反映的是金屬薄板在某平面內承受拉力或壓力時，抵抗變薄或變厚的能力。r值越大說明材料拉伸成形過程中寬度方向上容易變形來抵抗厚度方向上的變薄，而厚度減薄是沖壓過程中材料發生斷裂的主要原因之一。

由于塑性應變比(r值)表征的是材料在單向拉伸作用下寬度方向真實塑性應變和厚度方向真實塑性應變的比值，而長度的變形量比厚度的變形量測量更容易、更精確，故根據體積不變原理可用長度方向的變化量來替代厚度方向的變化量。實際測量塑性應變比(r值)過程中，往往采用接觸式測量，即采用引伸計裝卡在試樣的標距兩端，通過引伸計變形來測得試樣的伸長量，雖然引伸計的使用可以提高測量精度，但與試樣直接接觸時必然會對其力學性能造成影響，而且寬度方向的變化無法用引伸計測得，需要依賴游標卡尺等傳統測量工具，從而導致測量精度與實際還是存在一定的誤差。

發明內容

本發明要解決技術問題是：提供一種非接觸式測量、對試樣力學性能影響小、精度高、結果可靠的測量金屬拉伸試驗過程中塑性應變比的方法。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種測量金屬拉伸試驗過程中塑性應變比的方法，包括以下步驟：

第一步、在金屬試樣表面的一側均勻噴涂一層白色噴漆作為基底，待白色噴漆晾干后在標距區域的基底上布置多個散斑點，從而制成待測拉伸試樣；

第二步、將所述拉伸試樣的兩端夾持在拉伸實驗機上下橫梁的鉗口處，確保拉伸試樣呈上下對稱且垂直放置，所述拉伸試樣的標距區域置于鉗口中央；

第三步、對拉伸試樣進行拉伸試驗，拉伸速率設置低于0.008m/s；在拉伸過程中利用工業相機捕捉拍攝拉伸試樣來進行數據采集，獲得標距區域初始狀態的圖像作為第一圖像，以及拉伸試樣均勻塑性變形階段標距區域的圖像作為第二圖像；

第四步、對第一圖像和第二圖像的灰度場做相關性匹配，從而找到第一圖像中任一像素點對應第二圖像的像素點；具體方法如下：

假設(x，y)為第一圖像中某一像素點P的坐標，以像素點P為中心取一預設大小的子區域，該子區域的像素點數量為(2m+1)×(2m+1)，則相關性函數如下所示：

式中，(u，v)為像素點坐標的變化值，且像素點坐標(x+u+i,y+v+i)位于所述子區域內；I(x+i,y+i)是第一圖像中像素點坐標為(x+i,y+i)處的像素值，I^*(x+u+i,y+v+i)是第二圖像中像素點坐標為(x+u+i,y+v+i)處的像素值；

對u,v進行遍歷，得到第一圖像中像素點P相關性函數C(x,y,u,v)最小時對應的第二圖像的像素點P^*，像素點P^*與像素點P的坐標向量差記為像素點P的位移向量；

對第一圖像中的其他像素點重復上述操作，即可得到第一圖像所有像素點的位移向量，從而形成第一圖像的位移場；