本發(fā)明屬于材料性能測(cè)試，涉及一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
1、在利用有限元方法對(duì)塑性成形、韌性斷裂等問題進(jìn)行分析時(shí)，需要獲取準(zhǔn)確的全范圍材料等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線或流動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。對(duì)于焊接接頭等非均質(zhì)材料，由于焊件的不均勻性和交叉焊縫拉伸試樣上的斷裂位置不可預(yù)測(cè)，傳統(tǒng)光滑圓棒或矩形試樣無法確定其各區(qū)域的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。而且，當(dāng)材料進(jìn)入頸縮階段后，局部區(qū)域形成復(fù)雜三軸應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致傳統(tǒng)光滑圓棒或矩形試樣獲得的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線偏離材料的等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線?，F(xiàn)有解決方法依賴于bridgman修正方法，但是bridgman修正方法需在測(cè)試過程中同步監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)變化的缺口半徑比，應(yīng)用成本很高；通過?bridgman?修正方法獲得的等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線在應(yīng)變較大時(shí)并不準(zhǔn)確；?bridgman修正方法基于截面應(yīng)力分布均勻的假設(shè)也和頸縮區(qū)的實(shí)際應(yīng)變分布不符。
2、因此，需要一種更低成本的能夠通過軸對(duì)稱缺口試件的拉伸試驗(yàn)確定材料等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線的方法或裝置，以解決上述技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明旨在開發(fā)一種新型、有效的測(cè)試技術(shù)對(duì)材料等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行測(cè)試，準(zhǔn)確獲取材料的本構(gòu)關(guān)系，使得材料在仿真和實(shí)際應(yīng)用中的性能預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確。
2、本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法，包括以下步驟：
3、步驟1、試件制備；將試件模型制備為圓棒試件，圓棒試件中段設(shè)有軸對(duì)稱的環(huán)形缺口；
4、步驟2、進(jìn)行試驗(yàn)；采用加載裝置在位移控制下加載圓棒試件，同時(shí)采用高速攝像機(jī)正對(duì)圓棒試件進(jìn)行攝影拍照，監(jiān)測(cè)施加的載荷以及缺口尺寸的變化；在圓棒試件變形或斷開成兩部分時(shí)停止；
5、步驟3、試驗(yàn)后數(shù)據(jù)處理；依序計(jì)算出缺口尺寸a、缺口橫向方向的應(yīng)變、試驗(yàn)過程的真實(shí)應(yīng)力與工程應(yīng)力；
6、步驟4、修正真實(shí)應(yīng)力；將缺口試樣獲取的真實(shí)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為材料的等效應(yīng)力。
7、優(yōu)選的，所述步驟1中，試件模型的長(zhǎng)度為l、截面直徑為d0、環(huán)形缺口的截面半徑為r0，環(huán)形缺口處的試件模型截面半徑為a0。
8、更優(yōu)的，所述環(huán)形缺口處的半徑比值的范圍為：0.25≤a0/r0≤3。
9、優(yōu)選的，所述步驟2中，高速攝像機(jī)的幀率大于100fps。
10、優(yōu)選的，所述步驟3中，缺口尺寸a的計(jì)算式為：
11、?????????????????(1)
12、缺口橫向方向的應(yīng)變的計(jì)算式為：
13、????????????????(2)
14、試驗(yàn)過程的真實(shí)應(yīng)力與工程應(yīng)力為：
15、????????????????(3)
16、式（1）～式（3）中，a表示t時(shí)刻的缺口尺寸，a0表示初始時(shí)刻的缺口尺寸，nt表示t時(shí)刻照片中缺口橫向方向所占像素點(diǎn)的數(shù)量，n0表示初始時(shí)刻照片中缺口橫向方向所占像素點(diǎn)的數(shù)量；p表示試驗(yàn)過程中試件兩端施加的載荷。
17、優(yōu)選的，所述步驟4中，將真實(shí)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為材料的等效應(yīng)力的計(jì)算式為：
18、????????????????(4)
19、????????????????(5)
20、????????????????(6)
21、????????????????(7)
22、????????????????(8)
23、式（4）～式（8）中，表示對(duì)應(yīng)應(yīng)變下缺口試樣真實(shí)應(yīng)力與材料等效應(yīng)力的比值，表示缺口橫向方向的應(yīng)變，表示與試樣初始幾何尺寸和應(yīng)變相關(guān)的函數(shù)，表示與試樣材料性能相關(guān)的函數(shù)，表示工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線中最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，表征為與缺口引入的應(yīng)力集中相關(guān)的函數(shù)，r0表示環(huán)形缺口的截面半徑，a0表示環(huán)形缺口處的試件模型截面半徑。
24、本發(fā)明的有益效果是：
25、1、本發(fā)明僅通過測(cè)量初始斷口尺寸和硬化指數(shù)就可以獲得材料的等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線，測(cè)試成本更低。
26、2、本發(fā)明推薦軸對(duì)稱試樣的幾何要求為0.25≤a0/r0≤3，適用范圍廣。
27、3、本發(fā)明可獲取應(yīng)變較大時(shí)的材料等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線，適合環(huán)焊縫局部材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)量。
28、4、本發(fā)明可用于獲取非均質(zhì)材料大范圍應(yīng)力應(yīng)變曲線。
1.一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟1中，所述試件模型的長(zhǎng)度為l、截面直徑為d0、環(huán)形缺口的截面半徑為r0，環(huán)形缺口處的試件模型截面半徑為a0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法，其特征在于，所述環(huán)形缺口處的半徑比值的范圍為：0.25≤a0/r0≤3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟2中，所述高速攝像機(jī)的幀率大于100fps。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟3中，缺口尺寸a的計(jì)算式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料大范圍等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟4中，將真實(shí)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為材料的等效應(yīng)力的計(jì)算式為：