[发明专利]一种采用应变速率循环拉伸试验构建超塑性本构关系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种构建材料超塑性力学本构关系的方法，尤其涉及一种采用应变速率循环拉伸试验构建超塑性本构关系的方法。

背景技术

超塑性力学本构关系是反映了材料在不同变形温度下，流动应力σ与应变速率??、应变ε之间的函数关系，其中还包含应变硬化指数n和应变速率敏感性指数m值等参数。是认识材料超塑性变形规律的力学基础，也是工艺参数设计的依据和数值模拟的基础。常规的超塑性力学本构关系建立方法需要做大量的恒应变速率拉伸实验，既浪费试验材料，又因为增加了试验次数而浪费能源与增加人力成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用应变速率循环拉伸试验构建超塑性本构关系的方法，它采用应变速率循环试验法取代常规的恒应变速率拉伸实验。

本发明是这样来实现的，首先，通过计算机程序控制拉伸试样的应变速率，让其在设定的若干个数量级的应变速率区域先从低到高、后又从高到低循环变化，让一次循环拉伸中试样经历若干个数量级的应变速率；其次，计算机程序控制试样的应变速率循环周期数，让一个温度下一根试样在一次试验中，经历若干周期的应变速率循环拉伸；这样，在一个温度下一根试样一次拉伸，即可获取该温度下构建超塑性本构关系所需的大量试验数据，若干根试样应变速率循环拉伸，就可获取涵盖整个超塑性变形温度区间的试验数据；最后，通过选定描述超塑性本构关系的模型，并运用数值回归分析等手段处理试验数据，快捷高效地构建超塑性力学本构方程。

本发明的优点是：常规的超塑性力学本构关系建立方法需要做大量的恒应变速率拉伸实验，费时费力。本发明创新地采用应变速率循环拉伸试验法建立超塑性力学本构关系,可以大大减少试验次数和时间，从而能够节约材料与能源、提高效率。

附图说明

图1为本发明的应变速率循环超塑性拉伸试验示意图。

 

图2为本发明的应变速率循环实验数据的拟合图形。

具体实施方式

在对超塑性材料的应变速率循环拉伸试验中，应变速率从低到高再从高到低循环变化，应变速率变化范围涵盖超塑性的应变速率几个数量级区域。如果控制得当，在材料拉伸试样产生缩颈之前，应变速率循环周期可以达到5个以上，如附图1中所示周期I到周期V。图中应变速率曲线上的每个数据点都对应有构建超塑性力学本构关系所需要的一组实验数据，包括应变速率、流动应力、应变等。一个拉伸试样对应一个超塑性变形温度，若干个试样便可涵盖整个超塑性变形温度区间。这样，通过试验过程中实验数据的实时采集，可以得到大量实验数据，再综合运用超塑性本构关系的数学模型和数值回归分析等手段，便可快捷高效地构建超塑性力学本构方程。

本发明的技术关键在于：对普通电子拉伸机进行技术改造，研制计算机程序控制系统。该控制程序可以对应变速率循环区域、应变速率循环方式和循环周期时间等参数进行设定，应变速率循环拉伸实验过程中可以实时采集载荷、速度、位移等数据，并对这些数据进行处理和分析，获得流动应力、应变速率、应变等力学参数。实验结束后，再综合运用超塑性本构关系的数学模型和数值回归分析等手段，便可构建超塑性力学本构方程。

以TC11钛合金超塑性力学本构方程的建立为例，具体方法如下：

在850℃温度时，应变速率循环拉伸实验过程中采集的数据为：材料受力P、速度V、位移ΔL，如表1所示：

表1 应变速率循环拉伸试验数据采集表

式中实验数据分别为：力（force）、速度(speed)、m值、位移(w)。

通过换算可得：

  应变速率：

真应变：

   真应力：

式中：

        － 夹头的初始速度、瞬时速度，单位:mm/min;

      － 分别为试样的初始标距长度、瞬时标距长度、位移，单位:mm

  － 分别为试样的初始横截面积、瞬时横截面积，单位：mm²

P  － 载荷，单位：N 。

部分转换数据如表2所示，分别为真应变、应变速率、真应力：

表2数据转换表