[发明专利]一种高柔性绝缘隔热材料受力变形工程解析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高柔性绝缘隔热材料常温、高温受力变形计算方法，具体而言，涉及高柔性绝缘隔热材料的单向压缩试验，材料本构建模，材料参数验证及工程应用，属于材料加工技术领域。

背景技术

高柔性绝缘隔热材料由于具有高温稳定、柔性随变、绝缘、隔热等诸多优点，因此，在材料先进温热成形中作为垫层被广泛使用。尤其是在电流辅助成形时，由于要绝缘隔热坯料和模具，经常采用高柔性绝缘隔热材料。但是，由于这种材料的高柔性，材料受力与变形关系复杂，呈现高度非线性、卸载能损等特点；并且材料受力变形量大，造成受力垫层材料对成形零件尺寸影响大的特点。同时，垫层材料在使用过程中，电接触、热影响、载荷耦合作用，材料使役工况异常复杂，因此，确定垫层变形对成形零件尺寸的影响规律变得非常困难。

发明内容

本发明的目的是为了建立高柔性绝缘隔热材料受力变形的本构模型，并将其应用推广。

本发明需要建立受力垫层变形对成形零件尺寸的影响规律，通过单向压缩试验、本构建模、参数识别、拟合仿真、对比验证等方法，快速确定高柔性绝缘隔热材料的参数，从而建立高柔性绝缘隔热材料的本构模型，定量确定垫层变形对成形零件尺寸的影响。

本发明采用以下技术方案：

(1)针对高柔性绝缘隔热材料，在压力试样机上进行标准压缩试验，获取材料的单向压缩数据；

(2)根据步骤(1)获得的单向压缩数据，绘制材料的压力-变形本构曲线，并就曲线特征进行分析；

(3)根据曲线特征，选择合适的本构函数，采用“试错法”，拟合高柔性绝缘隔热材料的参数；

(4)将步骤(3)确定的材料参数，带入步骤(3)的本构函数，确定材料本构方程；然后依据内插外推方法，利用确定的材料本构方程，计算高柔性绝缘隔热材料受力状态的变形量；

(5)工程判断。如果步骤(4)的计算结果不符合工程实际，则返回步骤(2)，重新分析曲线，选择函数，识别材料参数，进行计算；如果符合工程实际，进入下一步；(6)建立高柔性绝缘隔热材料的本构模型，定量确定垫层变形对成形零件尺寸的影响，并将其进行工程应用及推广，为高柔性绝缘隔热材料受力变形提供一种工程解析方法。

与现有技术相比，本方法的优点在于：采用了弹塑性力学本构建模的思想，对高柔性绝缘隔热材料模型化，采用本构建模、参数识别、拟合仿真、对比验证等方法，快速确定高柔性绝缘隔热材料的参数，建立高柔性绝缘隔热材料的本构模型，定量确定垫层变形对成形零件尺寸的影响。该工程方法具有快速化、低成本、简便易行的特点。

附图说明

图1为一种高柔性绝缘隔热材料受力变形工程解析方法的流程图；

图2为高柔性绝缘隔热材料标准单向压缩试验图：

(a)为压缩试样图；

(b)为压缩试验机夹头图；

图3为高柔性绝缘隔热材料在一个压缩循环周期内的应力应变曲线；

图4为高柔性绝缘隔热材料本构方程拟合结果和试验结果的对比：

(a)加载阶段的对比结果；

(b)卸载阶段的对比结果；

图5为高柔性绝缘隔热材料受压后等效模面示意图：

(a)高柔性绝缘隔热材料受压示意图；

(b)等效模面示意图；

具体实施方式

下面结合附图1-5和具体实例对本发明作详细说明。

本发明提供了高柔性绝缘隔热材料受力变形工程解析方法，其流程如图1所示。

本发明步骤如下：

步骤1：高柔性绝缘隔热材料选择Kaowool Paper，压缩实验设备采用Ametek公司LR30K试验机，压缩试验标准遵循GB/T7757-93。压缩试样厚度为6mm，试样直径Ф=52.5mm，见图2(a)。压缩试验的速度控制为10±2mm/min，压缩试验工作部分见图2(b)。

步骤2：借助绘图OriginPro软件，根据单向压缩试验数据绘制Kaowool材料的应力应变曲线，见图3，其中，横坐标表示工程应变，纵坐标表示工程应力。

分析图3，可以看出Kaowool材料具有如下特性：

①工程应力在[0，0.7]范围内没有大的变化，一直维持在低应力水平；

②工程应力在[0.7，0.98]范围内急剧变化，呈现剧烈的单调递增趋势；

③材料的加载曲线与卸载曲线并不相同：加载阶段的弹性模量小于卸载阶段的弹性模量，因此，在伪弹性阶段，一部分弹性能转变成塑性能，材料发生了塑性变形，这是与金属材料变形的显著不同之处；