一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法技术

一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，属于管材性能测试领域。本发明专利技术首先建立任意方向厚向异性与屈服函数之间的关系式，通过管材双向加载实验方法确定屈服函数的待定系数，然后代入建立的关系式确定管材任意方向的厚向异性系数。本方法从三个方面确保厚向异性系数准确可靠：1)所涉及实验的坯料均为原始管坯，不需要破坏管材的形状，也不会引入预变形，所得的实验结果能准确反映管材的塑性性能；2)可选择先进的屈服函数，能同时引入不同加载路径下的实验数据，从而更全面反映管材的塑性流动特性；3)设计不同方向获得相同变形量的特征实验，通过有限元分析与特征实验反复迭代，确保剪切分量的系数准确可靠，从而建立准确可靠的屈服函数。

A method to determine the thickness anisotropy coefficient of pipe in any direction

【技术实现步骤摘要】
一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法
本专利技术属于管材性能测试领域，具体涉及一种管材的任意方向厚向异性系数的确定方法。
技术介绍
利用金属管制造的空心整体构件因具有结构减重和优良力学性能，在航空航天和汽车等领域应用广泛。该类构件一般通过内高压成形技术制造，内高压成形时管材在内压和轴向力共同作用下发生变形，管坯从密封、预成形至终成形将经历复杂的应力路径。对于复杂构件，甚至会经历加载-卸载-再加载的过程，一旦加载路径不合理就会出现起皱、破裂等缺陷。因此，成形前通过精确的有限元分析确定合理的工艺参数(如加载路径等)非常重要。而进行精确有限元分析的前提是构建准确的塑性本构关系模型，其中不同方向的厚向异性系数是构建材料塑性本构关系模型的重要参数。对于常用的轻质合金管材一般可以分为两类，一类是通过挤压制造的无缝管，如铝合金管、钛合金管、镁合金管等；一类是通过轧制后卷焊而成的有缝管，如不锈钢、高强钢管等。这两类管材均具有明显的各向异性，沿管材不同方向材料的厚向异性系数r值不同，即管材不同方向的材料抗减薄能力不同，表现为在发生相同变形时沿不同方向形成不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，步骤如下：/n步骤一、将待测管坯切割成待测试样，进行不同管材双向可控加载胀形实验，以获取管材在不同固定轴环应力比加载路径下双向应力状态的应力、应变实验数据；/n步骤二、选定一个等效强化状态参量表征强化状态，利用步骤一中的实验数据计算相同强化状态下不同加载路径的应力、应变数据；/n步骤三、选择合适的屈服函数f，

【技术特征摘要】
1.一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将待测管坯切割成待测试样，进行不同管材双向可控加载胀形实验，以获取管材在不同固定轴环应力比加载路径下双向应力状态的应力、应变实验数据；
步骤二、选定一个等效强化状态参量表征强化状态，利用步骤一中的实验数据计算相同强化状态下不同加载路径的应力、应变数据；
步骤三、选择合适的屈服函数f，并利用步骤二中得到的应力、应变数据确定屈服函数f中能够确定的待定系数；其中σz0为轴向单拉应力，σz、σθ和σzθ分别为管材轴向应力、环向应力和剪切应力；A为主应力分量的待定系数矩阵，U为剪切应力分量的待定系数，m为屈服函数的幂次方；
步骤四、对屈服函数f中无法利用步骤一、二中实验数据确定的待定系数进行合理设定，给定这些系数的初值；
步骤五、进行管材不同方向发生相近塑性变形量的特征实验，以实现由不同方向的各向异性导致的壁厚分布特征，并提取相同变形量区域不同方向的壁厚实验数据；
步骤六、利用步骤一至步骤四所构建的屈服函数f对步骤五中的特征实验进行有限元分析，提取与步骤五中相同变形量的相同方向的壁厚模拟数据；
步骤七、对比分析步骤五与步骤六中相应变形量条件下的相应方向的壁厚数据，当两者差异超出设定的误差范围时，则调整步骤四中系数的取值；
步骤八、重复步骤四、六和七直至步骤六与步骤五中壁厚差异在设定的误差范围内，确定此时步骤四中系数的取值是满足要求的最优取值，从而确定屈服函数f；
步骤九、通过步骤八中确定的屈服函数f进一步计算管材的任意方向厚向异性系数


2.根据权利要求1所述的一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，所述步骤一中，管材双向可控加载胀形实验是在管材内部施加压力的同时在其端部施加轴向拉力或压力，使管材在设定的线性应力路径下变形，获得管材双向应力状态下的流动应力和流动应变实验数据，具体包括轴向应变εzα、应力分量σzα、环向应变εθα、应力分量σθα，其中，α为双拉可控加载胀形实验时轴向应力和环向应力的比值，控制加载路径获得不同α下的实验数据。


3.根据权利要求1或2所述的一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，所述步骤二中，所述等效强化状态参量为塑性功Wp、塑性功一阶增量dWp或塑性功二阶增量d2Wp；
当取塑性功Wp为等效强化状态参量时，则通过其中，p表示所取实验量均为塑性分量，为管材轴向塑性应变增量分量，为管材环向塑性应变增量分量，σz为管材轴向应力分量，σθ为管材环向应力分量；
当取塑性功一阶增量dWp为等效强化状态参量时，则通过其中，σij为任意应力分量，为任意塑性应变增量分量；
当取塑性功二阶增量d2Wp为等效强化状态参量时，则通过


4.根据权利要求1或2所述的一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法，其特征在于，所述步骤四中，对于系数U的初值合理设定的方式有以下两种：
(1)将系数U的初值取经验值1，在步骤七的系数U调整中，初始调整步长取大步长0.2～0.4，锁定范围后调整步长取小步长0.01～0.05，直至满足误差要求；
(2)设选择某非管材主轴方向的厚向异性系数的取值为管材轴向的厚向异性系数，再利用该方向的厚向异性系数计算系数U的初值。


5.根据权利要求3所述的一种管材任意方向厚向异性系数的确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：林艳丽，何祝斌，朱海辉，胡馨予，苑世剑，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21