[发明专利]一种金属哑铃型试样大应变范围压缩硬化曲线的测量方法

说明书

本发明公开了一种金属哑铃型试样大应变范围压缩硬化曲线的测量方法，所述的测量方法对材料的应力修正过程中可以不考虑摩擦，因此有效解决摩擦对试验的影响、简化了计算过程和减少了诸多不确定性因素，能够高效准确的获得金属材料的压缩应力‑应变曲线。本发明先对金属哑铃型试样进行压缩试验以获得金属的平均真应力真应变曲线，再利用修正公式处理测量试样在压缩过程中的标距段中间截面处半径的变化量与所承受的载荷以获得真实的应力应变曲线。利用本发明方法可以避免压缩试验应变较大时由摩擦引起鼓形而导致的误差，有利于获得精确的应力应变曲线，对金属材料力学性能测试具有重要意义。

技术领域

本发明属于金属材料力学性能测试技术领域，具体涉及金属压缩大应变范围硬化曲线的试验测量方法。

背景技术

有限元模拟被广泛应用于材料成形领域，其模拟结果的准确程度十分依赖输入的材料应力应变曲线。圆柱压缩试验作为获得材料压缩性能最为普遍的方法，通常通过压缩实验获得材料的载荷-位移曲线，然后假定试样在压缩过程中能够在润滑剂的帮助下均匀变形，然后将载荷-位移曲线转化为真应力-真应变曲线。实际上，试样在压缩过程中润滑剂仅能保证初期的变形均匀，在应变较大时仍会发生压出鼓形的情况从而导致变形不均匀，因此由载荷-位移曲线直接转化而成的真应力-真应变曲线无法代表材料真实的硬化曲线。针对该问题，目前有三种解决方案，分别为利用不同高径比的圆柱试样压缩进而外推的方法，通过计算摩擦系数从而对应力进行修正的方法和利用有限元进行迭代的反推法。外推法的结果精度受限于试样的长径比范围，当试样的长径比过大时容易发生屈曲从而导致实验失败，无法获得足够的实验数据。通过计算摩擦系数对应力进行修正的方法有很多种，其中以圆柱试样鼓肚法最为典型，但该方法是以摩擦系数是线性摩擦系数为前提的，并且不考虑摩擦系数在不同接触区域的差异。但实际上，端面摩擦是很复杂的而且大多是非线性的，所以对端面摩擦进行简单化处理将极大地影响对应力修正的准确程度。通过有限元迭代模拟的反推法虽然可以求得较为精确的结果，但是其计算量十分巨大，无法简单高效地获得材料的本构。综上所述，现存的测量材料压缩应力-应变曲线的方法或多或少的存在一定的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决目前传统方法难以简单高效地获取材料真实压缩真应力-真应变曲线问题，提出一种金属哑铃型试样大应变范围压缩硬化曲线的测量方法。本发明采用的技术方案具体步骤如下：

(1)将金属材料制作成哑铃型压缩试样并进行压缩实验，试样初始高度为h₀,中间截面半径为a₀，通过力的传感器和视频引伸计来确定承受的载荷P和试样的高度h以及标距段中间截面的半径a的大小，并由公式(1)、(2)计算平均真应变-真应力，

m＝h₀-h(3)

其中，P为载荷，ε_av，σ_av分别为平均真应变和平均真应力，m为压下量；

(2)选取步骤(1)平均真应变ε_av为0.4时相对应的压下量m，并利用公式(4)获得材料的硬化指数n，选取真应变小时所对应的压下量小，试验测量上的误差容易使n值计算的结果出现较大偏差，选取真应变较大时，材料可能在此之前就发生断裂，无法获得数据，因此0.4是比较适合大部分金属的应变，

n＝0.5604*m-1.12543； (4)

(3)根据步骤(1)获得的平均真应力σ_av和平均真应变ε_av和步骤(2)获得的材料的硬化指数n，将n带入公式(5)，再由公式(6)、(7)、(8)即可获得修正后的真应力，

C₁＝20.45136*n+3.02369 (5)

C₂＝2.23038*n-0.9413 (6)