用于表征材料的弯曲响应的方法和计算机程序产品技术

一种用于表征材料(10)的方法，其特征在于其包括以下步骤：进行弯曲测试并且使用以下方程式(I)计算所述材料(10)的横截面力矩M，其中F为施加弯曲力，Lm(β1)为力矩臂，并且β1为弯曲角度。力矩M的表达满足能量均衡(II)的条件，当真实弯曲角度β2为(III)时。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于表征材料的弯曲响应的方法和计算机程序产品
本公开涉及用于表征材料的方法，借此所述方法可用来在弯曲期间确定材料的实际响应。本公开的方法可用来计算与弯曲相关联的性质，包括横截面力矩、流动应力、杨氏模量和应变。本公开还涉及计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序含有计算机程序代码装置，所述计算机程序代码装置被布置来使计算机或处理器执行根据本公开的方法的计算步骤。公开背景由于许多原因，材料在弯曲期间的性质受到广泛关注。例如，近年来，在各种行业中，如在汽车、航天和建筑行业中，人们越来越关注利用超高强度(UHS)钢，即屈服强度≥550MPa或拉伸强度≥780MPa的钢。借助使用这种材料，包括这种材料的产品的性能得到了相当大的改善并且重量有有所降低。然而，众所周知，当钢的强度增加时，其可弯曲性倾向于减小。因此，需要研究并且改善高强度钢的可弯曲性以便满足来自市场的日益增长的需求。金属材料的可弯曲性通常通过执行与拉伸测试组合的常规弯曲测试(通常三点弯曲测试)确定。然而，在测试样本的整个厚度上施加均匀张力的拉伸测试中材料展现的行为不同于材料在弯曲时展现的行为。也就是说，已发现拉伸测试不提供关于材料的弯曲行为的准确信息，即，材料在弯曲期间的实际响应。VerbandderAutomobilindustrie(VDA)238-100:2010PlateBendingTestforMetallicMaterials(下文中称为“VDA238-100标准”)是通常用来确定金属材料、尤其冷轧钢的可弯曲性的标准测试过程。根据VDA238-100标准中所描述的过程，使用三点弯曲设备确定弯曲角度，所述VDA238-100标准指定测试条件、工具、几何形状和实验环境以及可弯曲性界限评估。VDA238-100标准还指定计算弯曲角度的方法。为了允许具有不同厚度的金属之间的直接比较，通常使用等于材料厚度的平方根的厚度校正因数。在VDA238-100标准弯曲测试期间，监视移置使金属薄板测试样本弯曲的刀片所需要的力。这允许确定在弯曲测试期间达到的最大力和冲程-长度。随后冲程-长度可被变换成对应的弯曲角度。金属薄片的测试可在两个方向(即平行于和垂直于金属薄片的轧制方向)上进行。图1展示使用VDA238-100标准测试来测量刀片位置或“冲压机冲程”S(即，刀片已移置的距离)和施加力F获得的典型数据。根据VDA238-100标准，当测试样本没有通过时，可使用对应于最大施加力F最大、在施加力正开始降低之后的刀片位置确定弯曲角度。弹塑性弯曲通常为稳定过程，其中测试样本的曲率均匀地增加而不扭结。已发现，VDA238-100标准测试并不准确地预测金属材料在弯曲期间的实际响应，因为许多金属材料在弯曲期间并不展现这个理想的弹塑性行为(即没有加工硬化)，并且可能发生扭结。例如，Z.Marciniak,J.LDuncan和S.J.Hu在标题为“MechanicsofSheetMetalForming”，ISBN075065300的书中公开以下内容：“很难从拉伸数据精确地预测力矩曲率特性[金属材料的][即横截面力矩，M]。力矩特性在极小应变下对材料性质极为敏感并且这些性质通常在张力测试中没有准确地确定”。从微工程角度考虑的有关材料对三点弯曲测试的响应的分析也是已知的。例如，在JournalofMechanicsandPhysicsofsolids(53，2005，第619-638页)中，Florando等人公开用于研究硅衬底上的金属薄膜的应力-应变关系的微光束弯曲方法。所使用的仪器涉及三点弯曲方法，其中垂直位移为约几微米(即1000-5000nm)。中空构件上的三点弯曲也是已知的，如JournalofConstructionalSteelResearch(60，2004，第1319-1332页)中L.Gardner等人所公开的。FR2915580也公开了有关研究出现在中空构件中的力矩的方法，所述中空构件在这一具体情况下为与核电厂相关联的管道。在EngineeringFractureMechanics(第25卷，第3期，第323-339页，1986)中，T.Nakamura等人公开了使用三点弯曲测试来研究延性样品的断裂力学。NASATechnicalNoteNASATND-7572(1974年3月)中，ChristosChamis公开了使用三点弯曲测试来研究在拉伸和压缩时模量和强度不同的材料的结构性质。通常，这种材料为结构树脂。US2008/0216585公开了能够在弯曲期间将恒定力矩施加至材料的测试设备。公开概述本公开的目的将提供一种用于表征材料的方法，借此所述方法可用来确定材料在弯曲期间的实际响应，即用来比基于使用弯曲测试(如VDA238-100标准测试)获得的数据的预测更准确地预测材料在弯曲期间的响应，在所述弯曲测试中，最大施加力用来预测材料在弯曲期间的实际响应。这个目的通过表征材料的方法实现，所述方法包括以下步骤：a.提供简单地支撑在两个平行模具支撑件之间的所述材料的样本，所述支撑件具有相同边缘形状；b.通过经由弯曲刀片提供外部力F使所述样本弯曲，所述力在垂直于由所述模具支撑件的中心形成的面并且在所述模具支撑件之间的中心线处与所述材料相交的面中作用，所述弯曲刀片至少延伸所述样本的整个长度；c.所述方法包括以下步骤：使用以下方程式[1]计算所述材料的横截面力矩M：其中F为所述施加弯曲力，Lm(β1)为力矩臂，并且β1为弯曲角度。因此，所述方法为简单的三点弯曲方法，其特征在于使用所述弯曲角度来计算所述横截面力矩。“简单地支撑”意味样本的每个末端可自由地旋转(或移动)，并且每个末端支撑件不具有弯曲力矩。这通常通过用平行滚轴支撑样本来实现，使得在施加外部力时由刀片产生的力矩由沿弯曲发生所在的中心线产生的力矩平衡，并且在板片与滚轴之间的接触点处没有发生额外弯曲或力耗散。然而，用来实现简单地支撑的样本的替代性方式包括使用润滑剂来确保在模具支撑件上的样本的末端在弯曲期间的实质上无摩擦移动。这个实现方式尤其很适合用来进行微弯曲测试(即其中模具宽度低于1cm甚至低至几μm的弯曲测试，其中使用滚轴作为模具支撑件甚至不可能)的仪器。“模具支撑件具有相同边缘形状”意味模具支撑件有效地为彼此的镜像，使得当弯曲刀片在测试期间移动时，施加在第一模具支撑件与弯曲刀片之间的弯曲力矩将精确地匹配施加在弯曲刀片与第二模具支撑件之间的弯曲力矩。通常这通过使用如滚轴的相同模具支撑件实现，但是可使用其他支撑件形状如支点(即尖峰)或圆形边缘(如图45中所示)，只要它们具有足够低的摩擦。模具支撑件的边缘形状通常具有恒定半径。这在弯曲期间促进无摩擦移动，并且简化模型，因为Rd保持恒定。在模具边缘处具有恒定半径的非滚轴支撑件的实例展示于图45中的微弯曲仪器中。优选地，样本跨于模具开口的宽度具有恒定横截面。优选地，样本跨于模具开口的宽度具有恒定厚度。管等中空样本可能在三点弯曲测试期间有时扭弯，这将导致力/位移分布图中的不连续。通常，样本因此将具有实心横截面(即为非中空的)。典型的样本类型包括具有恒定横截面的棒、梁和板片等。板片是尤其优选的。合意地，因此本公开涉及一种表征材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表征材料的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供简单地支撑在两个平行的模具支撑件之间的所述材料的样本，所述支撑件具有相同边缘形状；b.通过经由弯曲刀片提供外部力F使所述样本弯曲，所述力在垂直于由所述模具支撑件的中心形成的面并且在所述模具支撑件之间的中心线处与所述材料相交的面中作用，所述弯曲刀片至少延伸所述样本的整个长度；c.所述方法的特征在于包括以下步骤：使用以下方程式[1]计算所述材料的横截面力矩M：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.28 EP 15187129.01.一种表征材料的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供简单地支撑在两个平行的模具支撑件之间的所述材料的样本，所述支撑件具有相同边缘形状；b.通过经由弯曲刀片提供外部力F使所述样本弯曲，所述力在垂直于由所述模具支撑件的中心形成的面并且在所述模具支撑件之间的中心线处与所述材料相交的面中作用，所述弯曲刀片至少延伸所述样本的整个长度；c.所述方法的特征在于包括以下步骤：使用以下方程式[1]计算所述材料的横截面力矩M：其中F为所述施加弯曲力，Lm(β1)为根据以下方程式计算的力矩臂：Lm(β1)＝L0-(Rk+Rd)·sin(β1)其中L0为模具宽度的一半，Rd为模具边缘的半径，Rk为所述刀片的半径，并且β1为弯曲角度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括求解能量均衡表达：∫Fds＝∫2Mdβ2其中其中t为板片的厚度。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：使用以下方程式计算流动应力σ1：其中主应变ε1根据下式计算：其中B为样本长度，t为样本厚度，并且β2为所述材料(10)在弯曲测试期间弯曲到的真实角度。4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：使用以下方程式计算所述流动应力σ1：其中主应变ε1根据下式计算：其中B为所述样本长度，t为所述样本厚度β2为所述材料(10)在弯曲测试期间弯曲到的真实角度，LN(β1,βC)为所述力矩臂，计算为：LN(β1，βC)＝L0-Rd·sinβ1-Rk·sinβCU为能量，并且βC为所述刀片与所述材料之间的接触角度。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：通过绘制β2和所计算的所述横截面力矩M的曲线并且确定力矩曲线的弹性部分的梯度，来估计所述材料(10)的杨氏模量E’，借此所述梯度为其中I为惯性力矩，并且其中E′为平面应变的所述杨氏模量并由下式给出：其中ν为泊松比。6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：使用以下公式估计所述材料(10)的平面应变的杨氏模量E’：其中I为惯性力矩，并且U为能量。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：使用所述材料的所述横截面力矩M来使用以下方程式估计所述材料的回弹：Δβtot＝βCel+βSel+Δβ12正测试的凸缘的...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·特洛伊瓦，
申请(专利权)人：瑞典钢铁技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE