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原文传递一种测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法

专利名称：	一种测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法
摘要：	本发明公开了一种测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，具体涉及单轴拉伸材料DIC试验及数据输出、计算并绘制真实应力应变曲线、获取全历程真实应力应变曲线和局部延伸率。本发明通过对单轴拉伸试验制定详细的技术流程，提出明确的技术要求——在试件宽度方向布置的网格数量为两倍宽度，保证了在物理意义上取到1.0mm整数标距，实现了本发明的技术目标——获取材料全历程真实应力应变曲线和局部延伸率，扫除了在实际工程应用上的认知障碍、技术障碍和效果障碍，为其规模化的工程应用铺平了道路，因此，本发明具有重要的理论与工程实践意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	肖锋
发明人：	肖锋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910801077.1
公开号：	CN110501224A
代理机构：	武汉楚天专利事务所
代理人：	孔敏
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	430060 湖北省武汉市武昌区中南路3号阜华领秀中南12B02室
主权项：	1.一种测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其步骤包括：步骤一、单轴拉伸材料DIC试验，包括以下步骤：第一步，按照单轴拉伸试验规范，制作单轴拉伸试验用的标准拉伸试件，并记录试件的厚度h0、宽度w0和初始截面积A0，然后，对试件一侧的表面喷漆；第二步，将喷了漆的拉伸试件安装在单轴拉伸试验机上，在单轴拉伸试验机的控制系统中设置拉伸速度v0，将DIC系统的摄像头对准试件喷了漆的一侧，在DIC系统上设置摄像机的拍摄频率f0；第三步，在调试完拉伸机控制系统和DIC系统之后，同时启动单轴拉伸试验机和DIC系统进行单轴拉伸DIC试验，直到试件被拉断，在试件拉伸过程中，拉伸试验机按照拍摄频率f0记录拉伸载荷F，摄像机按照拍摄频率f0记录试件的连续变形照片；步骤二、单轴拉伸试件网格生成与计算，包括以下步骤：第一步，在DIC系统中，在处于初始状态的拉伸试件表面上，选取一个面积为L×W的计算区域，其中，L为长度，W为宽度；第二步，在DIC系统中，设置网格生成控制参数，使得在计算区域宽度方向上生成的网格数量为2W；第三步，在DIC系统中，根据生成的网格，DIC系统对试件的连续变形照片上对应的计算区域逐一进行计算，得到网格上节点的位移数据结果，对没有结果的节点，在DIC系统中进行插值计算，保存计算结果；步骤三、单轴拉伸网格测量与节点命名，包括以下步骤：第一步，在DIC系统中，针对试件断裂前附近时刻的试件变形结果，在试件局部颈缩变形区域，确定处于或最接近最小截面处的一排节点，选取此排节点中位于试件中轴线上或最靠近中轴线的节点作为初始断裂点O，将其在DIC系统中进行命名；第二步，在DIC系统中，针对试件上生成网格的初始状态，测量任意两个相邻节点之间的距离或网格尺寸l0并记录；第三步，在DIC系统中，确定与初始断裂点O具有相同纵坐标，且与其距离均为nl0的两个节点，以此两节点距离2nl0为长度；确定与初始断裂点O具有相同横坐标，且与其距离均为nl0的两个节点，以此两节点距离2nl0为宽度；以试件厚度h0为高度，定义一个长·宽·高为2nl0·2nl0·h0的有限体A，将有限体A的长度2nl0定义为标距，其中，n＝1、2、3…s，并对有限体A上、与初始断裂点O具有相同纵坐标、且与其距离均为nl0的两节点，在DIC系统中进行命名；步骤四、单轴拉伸DIC试验结果输出，包括以下步骤：第一步，从DIC系统中，输出拉伸载荷F；第二步，从DIC系统中，输出标距为2nl0的有限体A上、与初始断裂点O具有相同纵坐标、且与其距离均为nl0的两节点，在拉伸方向或Y方向的位移数据；步骤五、根据以上步骤中记录的参数和输出的试验结果，以标距为2nl0的有限体A为对象，按照应力应变的标准定义，计算材料的真实应力和真实应变，并绘制材料在2nl0标距下的真实应力应变曲线；步骤六、根据标距为2nl0的有限体A需满足均匀变形条件的技术要求，对试件断裂前的有限体A的变形逐一进行判断，将不满足均匀变形要求的真实应力应变数据进行删除，最终得到处理后的标距为2nl0的真实应力应变曲线。 2.根据权利要求1所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：在步骤一第一步中，采用拉伸试件的标距为50mm、宽度为12mm，在试件一侧表面喷射哑光漆；在步骤二第一步中，选取试件的计算区域为50mm×12mm，在步骤二第二步中，在试件宽度方向上生成的网格数量为24个。 3.根据权利要求2所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：在步骤三第一步中，初始断裂点O的选取方法是：在DIC系统中，以网格形式显示试件表面的变形状态，针对试件断裂前附近时刻的试件变形结果，在试件局部颈缩变形区域，确定处于或最接近最小截面处的一排节点；然后，将试件从当前状态回到初始状态，以计算区域50mm×12mm内的正中心Q为参考点，此排节点与参考点Q在拉伸方向的距离要求小于或等于20mm；最后，从此排节点中，选取位于试件中轴线上的节点作为初始断裂点O；在步骤三第二步中，在DIC系统中，针对试件上生成的网格的初始状态，以初始断裂点O为参照点，测量与其相邻四个节点中的任一节点的距离l0并记录。 4.根据权利要求3所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：在步骤三第一步中，将初始断裂点O编码为“0”，并将其在DIC系统中命名为M0000；在步骤三第三步中，将有限体A上与初始断裂点O具有相同纵坐标且与其距离为nl0的两节点均编码为“n”，在DIC系统中，针对此两个节点，将位于初始断裂点O上方的节点，命名为“U0n00”，将位于初始断裂点O下方的节点，命名为“D0n00”。 5.根据权利要求4所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：在步骤四中，对试验数据输出文件进行命名，具体是：从DIC系统中，输出拉伸载荷F的文件名为FORCE；输出名称为U0n00和D0n00的节点在拉伸方向或Y方向的位移数据，将文件分别命名为U0n00-Y和D0n00-Y。 6.根据权利要求5所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：在步骤五中，取n等于1，则有限体A的标距为1.0mm，计算并绘制1.0mm标距下的材料真实应力应变曲线，其步骤包括：第一步，提取试件的网格尺寸l0、厚度h0、初始截面积A0，有限体A的长·宽·高为2l0·2l0·h0；第二步，按下式计算每个时刻下的工程应力其中，拉伸载荷F读取自文件FORCE；第三步，计算每个时刻下的工程应变包括以下步骤： (1)按下式计算有限体A在拉伸方向上、每个时刻下的拉伸变形量Δl： Δl＝\|U0100_Y-D0100_Y\| (2) 其中，U0100_Y为节点U0100每个时刻下的Y方向位移，读取自文件U0100-Y；D0100_Y为节点D0100每个时刻下的Y方向位移，读取自文件D0100-Y； (2)按下式计算有限体A拉伸方向每个时刻下的工程应变第四步，按下式计算每个时刻下的真实应力第五步，按下式计算有限体A在拉伸方向上、每个时刻下的真实应变第六步，以真实应力为纵坐标，真实应变为横坐标，绘制1.0mm标距下的材料真实应力应变曲线。 7.根据权利要求6所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：在步骤六中，针对1.0mm标距下的材料真实应力应变曲线进行数据处理，得到材料的全历程真实应力应变曲线，具体方法是：在试件断裂前的时刻附近，逐一判断每个时刻下与1.0mm标距对应的有限体A的网格变形情况，确定其满足均匀变形条件的最后一个时刻，将真实应力应变曲线上与对应此时刻之后的真实应力应变数据进行删除，得到被测试材料处理后的1.0mm标距下的真实应力应变曲线，将此曲线定义为材料的全历程真实应力应变曲线，该曲线上最后一个点的真实应变定义为1.0mm标距下的材料失效应变或断裂应变。 8.根据权利要求7所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：针对全历程真实应力应变曲线，计算材料的局部延伸率，具体方法是：从该曲线上读取均匀延伸率和1.0mm标距下的失效应变，材料的局部延伸率等于失效应变与均匀延伸率的差值，所述均匀延伸率是指在全历程真实应力应变曲线上，试件始终处于均匀颈缩变形下的最大真实应变。 9.根据权利要求1或5或6所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：在步骤五中，取1≤n≤10，分别计算并绘制各整数标距下的材料真实应力应变曲线；在步骤六中，针对不同标距下的真实应力应变曲线进行数据处理，具体方法是：第一步，读取不同标距下的真实应力应变曲线，并将所有曲线显示在同一张图表中；第二步，在DIC系统中，在试件网格处于初始状态上，选取1.0mm标距下的有限体A，初始断裂点O处于有限体A表面的正中心，在试件断裂前的时刻附近，逐一判断每个时刻下的有限体A的网格变形情况，确定其可以满足均匀变形条件的最后一个时刻，将1.0mm标距下的真实应力应变曲线上与对应此时刻之后的真实应力应变数据进行删除，得到处理后的1.0mm标距下的真实应力应变曲线，将其定义为材料的全历程真实应力应变曲线，此曲线上最后一个点的真实应变定义为1.0mm标距下的失效应变或断裂应变；第三步，以材料的全历程真实应力应变曲线为参照曲线，将大于1.0mm标距下的曲线与参照曲线非重合部分的数据进行删除，得到处理后的大于1.0mm标距下的真实应力应变曲线，曲线最后一个点的真实应变为材料在该标距下的失效应变或断裂应变。 10.根据权利要求9所述的测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法，其特征在于：针对处理后的1.0mm标距及大于1.0mm标距下的真实应力应变曲线，取各标距下的曲线的最后一个点表示的断裂应变作为纵坐标，将与其相对应的标距作为横坐标，得到被测试材料的标距效应曲线。
所属类别：	发明专利