[发明专利]一种测量材料真实应力的方法

说明书

本发明公开了一种测量材料真实应力的方法，属于材料科学技术领域。本发明考虑了材料在弹性变形区间的泊松效应和体积膨胀，同时考虑了材料在塑性变形过程中变形的高度局域化，即通过剪切带的形成和滑动完成塑性变形。因此在整个变形过程中，结合样件的原始尺寸能够精确计算出有效的承载面积，从而能够利用单轴加载的载荷‑位移曲线准确无误地测量出样件所承受真实应力，这对利用单轴加载来确定材料基本力学性能参数有着重要的意义和价值。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，更具体地说，涉及一种测量材料真实应力的方法。

背景技术

为了衡量、评估和比较材料(特别是结构材料)的力学性能，最为简单、方便的测试方法是单轴拉伸和单轴压缩，然后根据载荷-位移曲线结合试样的几何尺寸，计算出应力-应变关系，从而得到材料的杨氏模量、屈服强度、断裂强度和延伸率四项极为重要的性能参数。为了更为准确反应材料内部的应力状态，通常根据实验中得到的工程应力-应变曲线来计算真实应力-应变曲线，计算公式在相关教科书中均有推导和说明：

ε_t＝ln(1+ε_e) (1)

σ_t＝σ_e(1+ε_e) (2)

式中σ_e，ε_e，σ_t和ε_t分别为工程应力，工程应变，真实应力和真实应变。而工程应变ε_e和工程应力σ_e由下式给出：

式中F，Δl，A₀和l₀分别为载荷，变形量，试样的初始横截面积和长度。真实应力σ_t则要考虑试样的即时横截面积A：

由公式(4)和公式(5)得到真实应力σ_t与工程应力σ_e的关系(2)有一个基本的前提条件：试样材料的体积大小在变形前后是不变的，即：

A₀l₀＝Al (6)

式中l为试样的即时长度。

然而，材料即使在单轴应力作用下，体积也是会发生变化的，除非其体弹模量K无限大，或者泊松比μ＝0.5。但是，对于所有真实的材料，K是有限的；除了一些特殊的橡胶和复合材料，绝大多数材料的泊松比μ0.5。因此，公式(2)是不能普遍成立的。

另外，对于一些材料，其塑性变形是高度局域化的，如金属玻璃。这一类材料的塑性变形集中于厚度约为1μm的区域，该区域被称为“剪切带”。金属玻璃的塑性变形主要是通过剪切带的滑动进行的，和传统材料由加工硬化导致的均匀塑性变形有着本质区别。因此，以上的公式都不适用，所以无法对真实应力进行测量和计算。

发明内容

1.要解决的问题

为了解决上述背景技术中所提及的问题，即材料的膨胀属性和塑性变形的局域化，本发明提供一种测量材料真实应力的方法。本发明不再将在弹性变形过程中的材料的体积视为常数，考虑了材料的泊松效应，这样就能够正确地计算出被测试样件的横截面积，在此基础上便能够精确测量出样件所承受的真实应力；同时考虑了塑性变形阶段应变高度局域化的情形，在塑性变形开始时刻就对样件受力的横截面积进行校准，进而利用载荷精确计算样件所承受的真实应力。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种测量材料真实应力的方法，包括以下具体的步骤：