[发明专利]真应力－真应变计算模型及测试系统

权利要求书

1.真应力-真应变测量方法和计算模型：在对拉伸试件变形分析的基础上，将特殊部位具有特征的单元体作为应力应变分析的对象，创建了全变形单元模型；当对试样进行拉伸时，只有最终断裂的最小直径处的微小单元经历整个变形过程的各个阶段，直至断裂，它的力学行为真正完整地反映材料真实的本构关系，因而微小单元上测得的应力和应变是真应力、真应变；这个单元变形几何特征是，在拉伸试验过程中，无论是均匀的弹性、塑性变形，还是局部变形(颈缩)阶段，试件的变形始终是轴对称的，颈缩图形平面投影的特征是，颈缩部位的外轮廓线始终是对称与轴线向内凹曲的曲线，如果在试件平面投影图形外廓曲线的内侧设置两条分别与两外廓曲线相切的直线，在整个试验过程中，随着颈缩的发展，都使得这种相切关系得到保持，只要动态实时测量两直线距离，即可准确测得任意时刻试件标距范围内的最小直径。

理论模型及计算公式：当材料发生颈缩后，处于最小直径附近的材料基本为几何对称体，在该处取长度为l₀的微小长度作为分析单元，在长度趋于零的极限情况下，可忽略母线曲率变化，视为一个饼状单元体，任意时刻的真应力、真应变可分别表示为：

σi=4Fiπdi2]]>ϵi=d02di2-1]]>

其中：F_i-任意时刻拉伸载荷，d_i-任意时刻最小直径，d₀-原始直径，σ_i-任意时刻真应力，ε_i-任意时刻真应变；

只要测出任意瞬时的F_i，d_i，就可以得到任意时刻准确的真应力、真应变。如同时测得l_i则可同时得到延伸率，弹性模量等基本力学参数。

2.真应力、真应变测量系统，包括有试件(1)、光源(2)、CCD摄像机(3)、材料试验机(4)、和图像和载荷捕捉单元(5)、图像和载荷分析处理单元；

一方面，用摄像方法适时采集试样变形过程的图象，利用视觉技术的丰富功能随时跟踪截面尺寸的变化，寻找最小截面位置，计算最小直径，同时同步记录载荷变化过程，利用最小截面和载荷数据计算每一瞬时的真应力、真应变；另一方面，也可在确定的位置设置标记点，实时摄制标记点位移图像，用于延伸率计算，还可同时计算工程应力-应变，最后编制处理软件输出各项检测数据并绘出真应力-真应变关系曲线和工程应力-应变曲线；信息捕捉包括图像的获得和载荷的获得两部分。一部分是通过视觉系统实时监测拉伸试样的整个拉伸过程采集到图像，为最小直径的测量做准备。图像测量的硬件主要包括：摄像头、CCD、图像采集卡、照明系统。而载荷信号通过数据采集卡直接由材料拉伸试验机的载荷输出端获取；图像和载荷的获得是两个并行的主线，进入计算机进行处理；完成对模型对象的图像捕捉和图像分析处理，得到真实的材料力学参数及真应力-真应变曲线。

3.如权利要求2所述的真应力、真应变测量系统，其系统的软件流程为：用CCD传感器采集试样变形过程中的图像，通过图像采集卡把原始图像转化为数字图像信息并传入计算机，用图像处理软件对数字图像进行处理并得到颈缩处的横截面积及试样轴向位移；通过设备上的压力传感器将拉伸过程中的载荷变化信号转化为电压变化信号，由一张数据采集卡采集此电压信号并传入计算机。为了确保图像采集卡和数据采集卡同时采集，采用总线触发模式两路信号同步运行。整个过程只由LabVIEW编制的软件系统进行控制和操作。