[发明专利]一种识别焊点不同区域材料静态力学性能参数的检测方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到机械工程制造中材料检测领域，特指一种焊点区域材料力学性能参数的检测方法。

背景技术

在对金属板材进行焊接过程中，由于电阻热的影响，焊接区域的材料特性会发生变化，这就使该区域的性能也有别于母材，按照硬度的特征可以将焊接区域分成三个子区域：母材区、热影响区、焊点区。由于一般母材的尺寸与热影响区相比足够大，故在以往对此方面的研究中忽略热影响区的材料特性，即在对焊接区域进行有限元数值建模时直接将母材采用共节点连接或者刚性连接，很显然这种情况下不能考虑焊点处的材料特性，这种建模方法不足以仿真焊接区域处材料的真实力学特性；另一方面，即使采用体单元进行模拟，其材料参数也是很难获取，往往是根据经验进行设定，并且通过显微硬度试验得知该区域的力学性能参数并非均匀分布。综上所述，将焊点各区域的材料参数设定为某一固定参数值并不能满足实际工程的需求。基于此问题，在实际工程中，如何精确、有效和高效辩识焊点各区域的材料力学特性参数至关重要。

由于焊点区域处本身微观组织结构的复杂性，对于钢铁金属而言，焊点中间处金相组织包括马氏体和贝氏体，而热影响区有着混合金相组织，既有马氏体、贝氏体，又有铁素体和珠光体，这些不同的金相组织导致了焊点不同区域处具有不同的材料特性，进一步研究发现各区域的力学参数会呈现非均匀性分布，即焊点区、热影响区处会有着梯度变化的参数特征，所以仅通过简单的拉伸或者压缩试验很难确定焊点各区域处的具体力学参数，并且该处的应力应变关系很难通过常规方法得到，故不能根据曲线拟合的思路对其进行参数反求。

材料的硬度主要反映了材料抵抗局部塑性变形的能力，并不是材料某个力学参数的单独表现。硬度压痕试验(indentation test)为我们提供了测定和评价毫米级、微米级甚至纳米级表征尺寸的材料强度特性，它是一种简单、高效的评价材料尤其是金属或其某点周围表面的力学性能的手段。随着各种表面处理技术的迅速发展，通过压痕试验来测定微小尺度材料的力学参数成为研究的一大热点。在以往的通过压痕试验来获取材料参数的研究工作中，不管是针对传统金属材料还是像泡沫金属这样的新型材料，都是建立在这些材料参数均匀分布的基础上的。到目前为止，还没有发现可以识别检测焊点各区域的材料特性参数的文献或技术报道。鉴于此，通过压痕试验得到的载荷深度曲线来反求检测焊点不同区域处的材料参数成为一种新的途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作方便、能够测定毫米甚至微米尺寸范围内焊点不同区域的材料静态力学性能参数的检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种识别焊点不同区域材料静态力学性能参数的检测方法，其特征在于，步骤为：

(1)制备用于硬度试验用的焊点试样，并对进行硬度试验侧的焊点表面进行打磨、抛光；

(2)在焊点试样直径方向上的整个焊点区域内选取若干个点进行硬度试验，根据测得的硬度值进行分区；

(3)在所分区域进行压痕试验，得到不同区域内各个试验点的载荷-深度曲线；

(4)建立并验证压痕试验有限元模型：采用有限元商业软件Abaqus并根据压痕试的物理过程建立压痕试验有限元数值模型，该压痕试验有限元数值模型是否准确直接影响到求解结果的精度，故必须对压痕试验有限元数值模型的精度进行验证。首先对均匀母材进行拉伸试验以得到其应力应变关系，并通过压痕试验得到试验载荷-深度曲线；然后，将得到的应力应变关系作为已知参数输入到压痕试验有限元数值模型中得到仿真载荷-深度曲线；将仿真载荷-深度曲线与试验载荷-深度曲线进行对比以验证压痕试验有限元数值模型的正确性；

(5)根据压痕试验有限元数值模型的模拟结果与对应的实验结果以得到焊点不同区域处的目标响应函数优化数学模型；

(6)结合优化遗传算法，设定该算法初值，初值参数对遗传算法的求解结果和求解效率都有一定的影响，需要提前设定的参数有：种群大小M，即种群中所含个体的数量，一般取20～100；遗传运算的终止迭代次数T，一般取100～500；交叉概率P_c，一般取0.4～0.99；变异概率P_m，一般取0.0001～0.1。根据步骤(5)所选的目标响应函数不断迭代逼近每个选取点的试验曲线，迭代的过程中若达到某种收敛准则，则迭代终止，该迭代步下的力学参数即是在某合适区间下的最优解。

作为本发明的进一步改进：