[发明专利]一种金属双曲线试样的大应变压缩硬化曲线的测量方法

说明书

本发明公开的是一种金属双曲线试样的大应变压缩硬化曲线的测量方法,属于金属材料力学性能测试技术领域，本发明方法通过测量双曲线试样在压缩过程中最小截面处半径的变化量与所承受的载荷再通过修正公式获得修正后的的应力应变曲线。本发明获得修正后的模拟载荷位移曲线与试验载荷位移曲线达到了很好的重合，最大误差率不超过5％。本发明避免了现有压缩试验应变较大时存在的由摩擦引起鼓形而导致的误差，可以获得准确的应力应变曲线，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，尤其适用于通过压缩实验来获取准确的应力应变曲线。

背景技术

为了减少生产成本提高生产效率，有限元数值模拟已经广泛应用于金属塑性成形的领域中。准确的材料应力应变曲线作为进行数值模拟的前提，对模拟结果有着至关重要的影响。由于金属在成形过程中主要出于压应力状态，且金属往往在压缩试验中能够实现更大的塑性变形量，所以在压缩试验中获取大范围的应力应变曲线有着十分重要的意义。

目前金属材料的压缩应力应变曲线一般是通过圆柱试样的单项压缩实验来获取的，但压头与试样端面的摩擦会使试样在较大应变时发生鼓形产生三向应力，从而严重影响应力应变曲线的准确性。为了消除或缓减摩擦的影响，通常采用添加润滑剂或在计算应力的公式中加入摩擦修正的部分。涂抹润滑剂的方法虽然简单有效，但在大变形条件下润滑剂都会被挤出接触面难以有较好的效果。此外，在一些高温条件下还需要考虑润滑剂的耐高温性能。在计算应力的公式中加入摩擦补偿的做法一般是以平均摩擦大小代替整个压缩过程中的摩擦大小进行应力修正的。显然，在实际压缩过程中摩擦大小是随着接触面不断变化而实时变化着的。这必然导致此类方法难以保证对整条应力应变曲线都起到准确的修正效果。此外，随着电脑计算能力的提高和优化软件的普及，利用反推法来对压缩应力修正也有很多研究。但反推法往往需要大量的有限元，迭代运算量十分巨大而且需要实验人员对特定的软件有一定的理解难以广泛使用。

发明内容

本发明旨在于通过金属材料压缩实验获得准确的应力应变曲线，提出一种一种金属双曲线试样的大应变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)双曲线轮廓试样初始高度为h₀,中间最小截面的初始半径为a₀，通过力的传感器和视频引伸计记录金属材料压缩过程中承受的载荷P，试样的高度h以及中间最小截面的半径a的大小,并由公式(1)(2)计算平均真应力-平均真应变,

Δh＝h₀-h (3)

其中，ε_av，σ_av分别为平均真应变和平均真应力，Δh为压下量；

(2)利用步骤(1)所述的最小截面的半径a值和步骤(1)获得的ε_av和△h绘制△h/a-ε_av图并选取ε_av在0～0.4数据段进行线性拟合获得斜率m，并利用公式(4)获得材料的硬化指数n值以便应力修正,

n＝0.39053*m-0.38953； (4)

(3)根据步骤(1)获得的平均真应变-平均真应力和步骤(2)获得的硬化指数n，利用公式(5)和公式(6)获得修正后的真应力σ_true。

k＝-0.92711*n+0.25618 (5)

σ_true＝σ_av*(k*ε_av+0.9051) (6)

其中，k是与硬化指数n相关的修正因子；

步骤(2)所述的金属双曲线压缩试样的硬化指数在0.05～0.25之间；