一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法，其特征在于包括如下步骤：在等温恒应变速率下测试得到第i个变形时刻的应变εi及其对应的应力σi的数据集{εi,σi}；建立统一的本构模型

A constitutive model for metal materials considering strain hardening and softening

The invention discloses a method for establishing a constitutive model of metal materials taking into account strain hardening and softening, which is characterized by the following steps: the strain epsilon I at the first deformation time and the corresponding stress_i data set {epsilon i, _i} are measured at isothermal constant strain rate; and a unified constitutive model is established.

【技术实现步骤摘要】
一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法
本专利技术涉及一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法。
技术介绍
金属变形过程中呈现出应变硬化(表现为应力增殖)和应变软化(表现为应力减小)的现象，不同温度和应变速率下的应力应变曲线反映了材料的加工硬化、动态回复、动态再结晶软化、二次加工硬化等变形机制，同时也是进行塑性成形工艺设计和工艺仿真的重要依据。目前，大多的金属材料本构模型侧重于建立应力与应变的唯象模型，而忽略了金属材料的内部变形机制，不能反映金属材料变形规律，同时拟合的精度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法。为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在等温恒应变速率下测试得到第i个变形时刻的应变εi及其对应的应力σi的数据集{εi,σi}；(2)建立统一的本构模型其中应变系数应变硬化系数为趋于饱和的最大应力，σi为第i个变形时刻的应力，εi为第i个变形时刻的应变；(3)当ε0≤εi时，线性拟合计算应变硬化系数代入步骤(2)得到动态回复的应力方程用于描述金属材料的动态回复变形过程；其中σrec(i)为第i个变形时刻的动态回复应力，σsat为饱和应力；当i＝1时对应的σrec(0)为初始屈服应力σ0，ε0为初始屈服应变；(4)当εc≤εi≤εss时，线性拟合计算应变软化系数同时根据线性拟合曲线得到当εi＝εc+εp时对应的参数k2，从而得到动态软化的应力方程用于描述金属材料的动态软化变形过程；其中σdrx(i)为第i个变形时刻的动态软化应力，σi为第i个变形时刻的应力，σrec(i)为第i个变形时刻的动态回复应力，σsat为饱和应力，σss为稳态应力，εi为第i个变形时刻的应变，εc为临界应变，εp为峰值应变。(5)联合步骤(3)和步骤(4)得到计及应变硬化和软化的金属材料本构模型：步骤(1)中当数据集{εi,σi}中最大应力σmax小于等于饱和应力σsat时当数据集{εi,σi}中最大应力σmax大于饱和应力σsat时即统一的本构模型：本专利技术能够较好的揭示金属材料的应变硬化与软化的变形机制，计算精度高，能够为金属材料塑性成形工艺设计和工艺仿真提供科学依据。说明书附图图1应力应变的关系示意图；图2纯铜应力应变测试数据曲线；图3计算的纯铜应变系数Ki；图4纯铜应力应变的测试数据与计算数据比较；图5纯铜应力应变的测试数据与简化计算数据的比较；具体实施方式以下结合实例对本专利技术作进一步说明。实施例1金属材料在压缩变形过程中典型的应力应变规律如图1所示，随着应变的增加，位错增殖，应力增加，表现为应变硬化，当应变εi等于临界应变εc时，动态软化应力σdrx在动态回复应力σrec曲线之下，表现为动态再结晶软化，如图1所示。下面以纯铜为例，对本专利技术作进一步说明：(1)以纯铜在700℃，应变速率0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1、1s-1的条件下压缩得到修正的应力、应力曲线数据集{εi,σi}，如图2。从图2中可以发现，不同应变速率下的稳态应变εss在0.5-0.7之间。在应变小于稳态应变εss时，应力应变曲线变化规律与图1基本相同；在应变大于稳态应变εss时，应力随着应变增加再次增加，出现二次加工硬化现象。(2)分别在应变速率0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1、1s-1的条件下计算应变系数在应变速率0.001s-1、0.01s-1的条件下σmax≤σsat，因此取值σsat值分别为39.86MPa、49.80MPa，在应变速率0.1s-1、1s-1的条件下σmax＞σsat，因此取值σmax值分别为73.38MPa、101.23MPa，计算得到的应变系数Ki曲线如图3。将应变系数Ki代入统一的本构模型：即可以得到计算的应力如图4。从图4中可以发现，计算的应力应变曲线与实际测试的几乎完全吻合，说明应变系数Ki和统一的本构模型能够很好的反应应力应变的变化规律。(3)应变系数Ki是应变硬化和软化的综合体现。在不同的应变阶段，可以用相关的函数参数来简化和取代统一的本构模型。在ε0≤εi时，应变硬化占主导地位，应力随着应变的增加而增加，该阶段通过线性拟合计算应变硬化系数如表1。将表1中的应变硬化系数k1和饱和应力σsat分别代入动态回复的应力方程即可得到不同应变速率下的动态回复应力，该函数可以用于描述金属材料的动态回复变形过程。表1动态回复的函数参数参数速率0.001s-1速率0.01s-1速率0.1s-1速率1s-1k120.4322.2924.0718.62σsat/MPa39.8649.8065.6585.29(4)当εc≤εi≤εss时，线性拟合计算应变软化系数同时根据线性拟合曲线得到当εi＝εc+εp时对应的参数k2，计算得到的参数如表2。将表2中的应变软化系数n和参数k2分别代入动态软化的应力方程即可得到不同应变速率下的动态软化应力，该函数可以用于描述金属材料的动态软化变形过程。表2动态软化的函数参数参数速率0.001s-1速率0.01s-1速率0.1s-1速率1s-1n2.6612.9844.6820.874k20.2160.2145.643.233σss/MPa26.9440.1963.7584.75εc0.050.1040.1320.246εp0.150.20.450.5σsat/MPa39.8649.8065.6585.29(5)联合步骤(3)和步骤(4)得到计及应变硬化和软化的金属材料本构模型：通过上式计算的应力数据如图5，可以发现在在不考虑二次加工硬化的变形机制时，计算的应力应变曲线与实际测试的应力应变曲线十分吻合，说明当纯铜压缩应变小于稳态应变εss时，上式能够反映纯铜的动态回复和动态软化的应力应变规律。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在等温恒应变速率下测试得到第i个变形时刻的应变εi及其对应的应力σi的数据集{εi,σi}；(2)建立统一的本构模型

【技术特征摘要】
1.一种计及应变硬化和软化的金属材料本构模型建立方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在等温恒应变速率下测试得到第i个变形时刻的应变εi及其对应的应力σi的数据集{εi,σi}；(2)建立统一的本构模型其中应变系数应变硬化系数为趋于饱和的最大应力，σi为第i个变形时刻的应力，εi为第i个变形时刻的应变；(3)当ε0≤εi时，线性拟合计算应变硬化系数代入步骤(2)得到动态回复的应力方程用于描述金属材料的动态回复变形过程；其中σrec(i)为第i个变形时刻的动态回复应力，σsat为饱和应力；当i＝1时对应的σrec(0)为初始屈服应力σ0，ε0为初始屈服应变；(4)当εc≤εi≤εss时，线性拟合计算应变软化系数同时根据线性拟合曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄树海，陈强，夏祥生，舒大禹，吴洋，赵祖德，林军，胡传凯，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50