[发明专利]一种单轴拉伸全程真应力应变曲线的快速获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料力学性能测试与材料本构关系，尤其是结合CAE技术的试验数据处理方法，具体涉及一种单轴拉伸全程真应力应变曲线的快速获取方法。

背景技术

在现有CAE仿真计算中，各向同性金属材料塑性曲线是通过单轴拉伸试验获得，在工程应用时，对颈缩阶段的真实应力应变曲线的处理通常有两种方式：一种是沿着均匀塑性变形阶段真应力曲线的切线进行延伸，由CAE仿真软件按照幂函数自动外延插值；另外一种方法是设定颈缩开始后的真应力值保持不变，也就是颈缩后的真应力真应变曲线为平行于X轴的直线。

但根据上述方法得到的真应力应变曲线不能反映材料的真实变形过程，1）由于真应力值大于实际值，计算的结果安全系数不够；2）同样采用下限的正应力真应变曲线又较为保守，安全系数过大，不利于合理用材与结构的优化设计。

在现有CAE仿真计算中，曲线主要的获得步骤是：

1）根据GB/T228的试验方法，单轴拉伸时，在试样标距相互放置引伸计获得材料的载荷--位移曲线，再根据样件标距L₀和截面积S计算得到工程应力应变曲线。

2）在均匀塑性变形阶段（颈缩开始之前），基于体积不变原理，得到工程应力、工程应变与真实应力工程应变的转化公式，根据下式转化得到均匀塑性变形阶段的真实应力应变曲线。

σ_t=σ_e（1+ε_e）    (1)

ε_t=ln(1+ε_e)    (2)

3）在颈缩开始后，伸长量沿试验标距已不再是均匀分布，颈缩区域很大，颈缩区外很小，上述公式已不适用工程应力应变曲线向真实应力应变曲线的转换。在工程应用时，对于颈缩阶段的真实应力应变曲线的处理通常有两种方式：一种是沿着均匀塑性变形阶段真应力曲线的切线进行延伸，由CAE仿真软件按照幂函数自动外延插值；另外一种方法是设定颈缩开始后的真应力值保持不变，也就是颈缩后的真应力真应变曲线为平行于X轴的直线。图1为目前CAE仿真材料塑性曲线示意图。

根据步骤得到的真应力应变曲线不能反映材料的真实变形过程，采用图1中上限的真应力应变曲线做仿真时，由于真应力值大于实际值，计算的结果安全系数不够；同样采用下限的正应力真应变曲线又较为保守，安全系数过大，不利于合理用材与结构的优化设计。由于上述两种方法获得真应力真应变曲线不是材料变形的实际轨迹，在CAE仿真的任意时刻零件变形与实际情况存在较大差异。因此，需要建立一种快速获取更为准确的金属材料实际真应力真应变曲线的方法，满足工程设计CAE仿真的需要。

相关专利中对于各向同性金属材料全程应力应变曲线的测试技术已从理论上给予较为详细的说明。但由于测试技术对设备要求高，且计算的工作量大，工程应用目前还存在诸多困难。因此，需要建立一种操作简便，且简单的获取材料单轴拉伸全程真应力-真应变曲线的方法，以满足工程设计CAE仿真的需要。同时，结合CAE技术，尽可能的削弱网格效应对CAE分析准确性的影响。

综上所述，由于原方法获得真应力真应变曲线不是材料变形的实际轨迹，在CAE仿真的任意时刻零件变形与实际情况存在较大差异。因此，需要建立一种快速获取更为准确的金属材料实际真应力真应变曲线的方法，满足工程设计CAE仿真的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单轴拉伸全程真应力应变曲线的快速获取方法，以静态单轴拉伸数据为基础，利用均匀塑性变形阶段真应力-真应变曲线验证CAE仿真模型的准确性，再通过CAE模型间接预测颈缩段的真应力-真应变曲线，从而得到单轴拉伸全程的等效真应力-真应变曲线。

具体技术方案如下：

采用如下步骤：

（1）测得样件的载荷位移曲线，并测量样件原始尺寸计算得到工程应力-工程应变曲线；

（2）利用弹性变形阶段曲线计算弹性模量；

（3）均匀塑性变形阶段，利用式（1）和式（2）转化得到真应力-真应变曲线，式（1）σ_t=σ_e（1+ε_e），式（2）ε_t=ln(1+ε_e)；

（4）将得到的均匀塑性变形阶段真应力-真应变曲线去除弹性变形阶段，得到材料的塑性曲线；

（5）验证CAE仿真模型的准确性；

（6）利用式（1）和式（2），计算拉伸全程的应力应变曲线，带入步骤（5）中所述模型，进行拉伸过程的计算；