[发明专利]一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法

权利要求书

1.一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、将待测管坯切割成待测试样，进行不同管材双向可控加载胀形实验，以获取管材在不同固定轴环应力比加载路径下双向应力状态的应力、应变实验数据；

步骤二、选定一个等效强化状态参量表征强化状态，利用步骤一中的实验数据计算相同强化状态下不同加载路径的应力、应变数据；

步骤三、选择合适的屈服函数f，并利用步骤二中得到的应力、应变数据确定屈服函数f中能够确定的待定系数；其中σ_z0为轴向单拉应力，σ_z、σ_θ和σ_zθ分别为管材轴向应力、环向应力和剪切应力；A为主应力分量的待定系数矩阵，U为剪切应力分量的待定系数，m为屈服函数的幂次方；

步骤四、对屈服函数f中无法利用步骤一、二中实验数据确定的待定系数进行合理设定，给定这些系数的初值；

步骤五、进行管材不同方向发生相近塑性变形量的特征实验，以实现由不同方向的各向异性导致的壁厚分布特征，并提取相同变形量区域不同方向的壁厚实验数据；

步骤六、利用步骤一至步骤四所构建的屈服函数f对步骤五中的特征实验进行有限元分析，提取与步骤五中相同变形量的相同方向的壁厚模拟数据；

步骤七、对比分析步骤五与步骤六中相应变形量条件下的相应方向的壁厚数据，当两者差异超出设定的误差范围时，则调整步骤四中系数的取值；

步骤八、重复步骤四、六和七直至步骤六与步骤五中壁厚差异在设定的误差范围内，确定此时步骤四中系数的取值是满足要求的最优取值，从而确定屈服函数f；

步骤九、通过步骤八中确定的屈服函数f进一步计算管材的任意方向厚向异性系数管材的任意方向厚向异性系数计算过程为：

根据厚向异性系数的定义及材料体积不变条件，与管材轴向成角度方向的厚向异性系数表示为：

其中，dε_z和dε_θ分别为管材轴向和环向方向塑性应变增量，dε_zθ为剪切应变增量；

进一步通过Drucker流动准则获得厚向异性系数与屈服函数f的关系：

2.根据权利要求1所述的一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，所述步骤一中，管材双向可控加载胀形实验是在管材内部施加压力的同时在其端部施加轴向拉力或压力，使管材在设定的线性应力路径下变形，获得管材双向应力状态下的流动应力和流动应变实验数据，具体包括轴向应变ε_zα、应力分量σ_zα、环向应变ε_θα、应力分量σ_θα，其中，α为双拉可控加载胀形实验时轴向应力和环向应力的比值，控制加载路径获得不同α下的实验数据。

3.根据权利要求1或2所述的一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，所述步骤二中，所述等效强化状态参量为塑性功W^p、塑性功一阶增量dW^p或塑性功二阶增量d²W^p；

当取塑性功W^p为等效强化状态参量时，则通过计算相同强化状态下不同加载路径下的应力、应变数据；其中，p表示所取实验量均为塑性分量，为管材轴向塑性应变增量分量，为管材环向塑性应变增量分量，σ_z为管材轴向应力分量，σ_θ为管材环向应力分量；

当取塑性功一阶增量dW^p为等效强化状态参量时，则通过计算相同强化状态下不同加载路径下的应力、应变数据；其中，σ_ij为任意应力分量，为任意塑性应变增量分量；

当取塑性功二阶增量d²W^p为等效强化状态参量时，则通过计算相同强化状态下不同加载路径下的应力、应变数据。