[发明专利]材料拉伸真实本构曲线测试技术

说明书

技术领域

本发明属于材料力学性能测试技术，尤其是试验数据分析处理技术领域。 

背景技术

拉伸试验是广泛应用的材料力学性能测试方法，可以测定材料的弹性模量、强度、塑性硬化等重要的基本力学性能参量，是工程构件设计及材料选取最基本的参考依据。通常，由拉伸试验可首先获得材料的载荷-位移曲线，然后根据试样的原始尺寸(原始横截面积A₀和原始标距L₀)换算得到工程应力-工程应变曲线(也称拉伸本构曲线)。但是，试样的真实横截面积A和标距L在试验过程中是不断变化的，因此工程应力-工程应变曲线不能真实反映材料的变形规律，特别是当试样出现颈缩后，工程应力-工程应变曲线表现出应变大幅增长而应力却随之大幅下降的趋势。试样在颈缩时，颈缩处的横截面有不同程度缩小，使得试样继续变形所需的载荷势必下降，而工程应力仍以原始横截面积A₀进行计算，从而导致工程应力-工程应变曲线在达到强度极限后下降。事实上，试样颈缩后载荷虽然下降了，但材料在整个颈缩过程中却仍在不断硬化，因此真实的应力也应当是不断增大的。 

传统方法基于体积不可压缩理论，将工程应力-工程应变换算为真应力-真应变曲线： 

σT=σE(1+ϵE)ϵT=ln(1+ϵE)---(1)]]>

式中，σ_T为真应力，ε_T为真应变，σ_E为工程应力，ε_E为工程应变。然而，该换算公式是在试样均匀伸长变形的基础上推导的，仅适用于发生颈缩前的变形范围。传统的拉伸试验方案不能获得全程真应力-真应变曲线的主要技术障碍在于：(1)缺乏能有效考虑试样颈缩阶段不均匀变形的真应力、真应变换算方法；(2)颈缩位置的不确定性、断裂时刻的不可预见性以及断裂瞬间的崩断现象对于传统接触式应变测量有较大困难。 

中国专利ZL201110152281.9相对于传统的真应力、真应变换算方法和作了改进。该技术 方案虽然通过有限元模拟和光测试验曲线获得了真实拉伸本构曲线，但该方案仍然存在以下问题：首先，该技术方案通过构造初始缺陷方式模拟了试样拉伸过程中的紧缩现象，但进一步的研究表明构造缺陷模拟紧缩现象的方法仅对部分材料有效，也即初始缺陷尺寸对某些材料的紧缩模拟存在显著影响，因而构造缺陷方式无法对所有金属材料的紧缩现象进行精确模拟；其次，该技术方案采用二分法原理进行有限元迭代计算获得真实本构曲线，所需迭代次数较多，计算成本也相对较高；再次，该技术方案采用普通单反相机进行光学测量，仅能获得试样拉伸全程的载荷-位移曲线、试样外部轮廓曲线，无法获得试样的变形场，也就不能对该技术方案的可靠性作全面验证。 

发明内容

鉴于以上陈述的已有方案的不足，本发明旨在提供进一步改良的材料拉伸真实本构曲线测试技术，使之克服现有技术的以上不足。 

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是： 

材料拉伸真实本构曲线测试技术，以获得工程应力-工程应变曲线和载荷-位移曲线，非接触式光学测量得到试样的颈缩变形轮廓曲线和应力应变场，建立漏斗圆棒试样的有限元分析模型，模拟试样拉伸直至颈缩断裂的全过程，以迭代求解方式标定出真实本构曲线，采用如下的步骤：