【技术实现步骤摘要】
基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法
本专利技术涉及金属材料力学性能的测试方法
,尤其涉及一种基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法。
技术介绍
金属焊接成形的工艺特点决定了焊接接头不同区域的材料力学性能具有非均匀性,获取非均质材料各区域的本构关系是分析其破坏行为的重要先决条件之一。目前针对焊接接头的本构模型的研究绝大部分是按照国标在垂直于焊接方向取标准试样进行。常规方法能够获得“平均”意义下的焊接接头的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等相关参数,却无法反应焊接接头不同区域的材料力学性能,对焊接结构优化设计的帮助十分有限。为了获取焊接接头的微区力学性能,深入研究接头的可靠性,还可以采用其他途径的传统试验手段,如微拉伸试验。微拉伸试验通过在焊接接头不同区域取小试样进行拉伸,通过高分辨率的应变和应力测量,可以得到材料在任意方向上的力学性能参数。但其仍存在以下不足:1.对于某些微区尺寸较小的焊接接头,在接头微区取样仍然十分困难;2.试验成本较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种通过纳米压痕试验反推焊接接头本构模型的方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的:基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法,包括以下步骤:步骤1:确定焊接接头符合的本构模型,并构建由材料力学性能参数表达的本构模型数学表达式;步骤2:使用π定理对压头压入焊接接头表面的过程进行量纲分析,得出加载/卸荷过程中材料基本力学性能参数与压头压入过程参数之间的无量纲π函数关系;步骤3:选取多个符合步骤1所述的本构关系的材料,对压头压入这些材料的过程进行有限元模 ...
【技术保护点】
1.基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:确定焊接接头符合的本构模型,并构建由材料力学性能参数表达的本构模型数学表达式;步骤2:使用π定理对压头压入焊接接头表面的过程进行量纲分析,得出加载/卸荷过程中材料基本力学性能参数与压头压入过程参数之间的无量纲π函数关系;步骤3:选取多个符合步骤1所述的本构关系的材料,对压头压入这些材料的过程进行有限元模拟,得到载荷‑位移响应曲线;步骤4:由步骤3选取的材料的力学性能参数,在载荷‑位移响应曲线上确定对应的压入过程参数,代入步骤2得到的无量纲π函数公式,针对每组力学性能参数确定与之对应的无量纲π函数数值;步骤5:利用步骤4得到的力学性能参数与无量纲π函数数值对无量纲π函数进行拟合,得到由力学性能参数表达的无量纲π函数的二次多项表达式;步骤6:对焊接接头进行纳米压痕试验,确定无量纲函数的数值,代入步骤5得到的二次多项表达式中求解焊接接头的力学性能参数;步骤7:将步骤6的力学性能参数结果代入步骤1中的数学表达式中,从而反推得到焊接接头的本构模型。
【技术特征摘要】
1.基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:确定焊接接头符合的本构模型,并构建由材料力学性能参数表达的本构模型数学表达式;步骤2:使用π定理对压头压入焊接接头表面的过程进行量纲分析,得出加载/卸荷过程中材料基本力学性能参数与压头压入过程参数之间的无量纲π函数关系;步骤3:选取多个符合步骤1所述的本构关系的材料,对压头压入这些材料的过程进行有限元模拟,得到载荷-位移响应曲线;步骤4:由步骤3选取的材料的力学性能参数,在载荷-位移响应曲线上确定对应的压入过程参数,代入步骤2得到的无量纲π函数公式,针对每组力学性能参数确定与之对应的无量纲π函数数值;步骤5:利用步骤4得到的力学性能参数与无量纲π函数数值对无量纲π函数进行拟合,得到由力学性能参数表达的无量纲π函数的二次多项表达式;步骤6:对焊接接头进行纳米压痕试验,确定无量纲函数的数值,代入步骤5得到的二次多项表达式中求解焊接接头的力学性能参数;步骤7:将步骤6的力学性能参数结果代入步骤1中的数学表达式中,从而反推得到焊接接头的本构模型。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法,其特征在于:所述焊接接头为TC4钛合金扩散焊接头,其本构关系符合Hollomon本构模型,简化后的数学表达式为,其中,σ为应力,ε为应变,E为弹性模量,n为加工硬化指数,σy为屈服强度。3.根据权利要求2所述的一种基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法,其特征在于:步骤2所述的无量纲π函数表达式为加载过程的无量纲函数π1表达式,其中,F为加载载荷,h为压入深度,C为加载曲线系数;卸载过程的无量纲函数π2表达式为,其中,hr为残余压深,hm为最大压深。4.根据权利要求3所述的一种基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法,其特征在于:选取多个符合Hollomon本构模型的材料确定其基本力学性能参数弹性模量E、屈服强度σy和加工硬化指数n的数值;对尖压头压入选取的材料表面的过程进行有限元模拟,得到与之对应的荷载-位移响应曲线;在荷载-位移响应曲线上找出与选出的20组力学性能参数分别对应的加载载荷F、压入深度h、残余压深hr和最大压深hm,并代入公式(1)和(2)中求解对应的无量纲函数π1和π2的具体数值;以和n作为变量对无量纲函数π1和π2进行二次多项式拟合。5.根据权利要求4所述的一种基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法,其特征在于:步骤4选取的20个...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘小刚,朱笑林,杨磊,郭海丁,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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