一种获得材料多应变率下高精度硬化模型参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种获得材料多应变率下高精度硬化模型参数的方法，包括以下步骤：S1、进行高速拉伸试验，获得工程应力

【技术实现步骤摘要】
一种获得材料多应变率下高精度硬化模型参数的方法


[0001]本专利技术涉及材料力学试验
，特别涉及一种获得材料多应变率下高精度硬化模型参数的方法。

技术介绍

[0002]目前，对于多应变率下的材料力学性能大多数依靠高速拉伸试验来获得，高速拉伸试验测试获得的真应力塑性应变曲线只在颈缩点之前有效。然而，由于颈缩点对应的塑性应变往往较小，往往在0.1以内。因此，仅用该曲线不能用于表征材料在大变形下的变形行为。为此，研究上常采用硬化模型拟合外延结合仿真对标的方式得到材料在屈服点以后包含大变形的硬化曲线(真应力塑性应变曲线)，并将对标后每种应变率曲线进行组合成多应变速率真应力
‑
塑性应变表进行调用。但该方法存在如下缺点：(1)每次只针对某单一应变率下实验数据进行处理及拟合外延真应力塑性应变曲线，忽略了试样在缩颈发生后出现的局部区域应变率快速增大的现象；(2)拟合对标中只采用某一应变速率曲线进行试样的仿真对标，忽略了试样不同位置应变速率不同所调用曲线不同的问题；(3)最终所应用的多应变速率真应力
‑
塑性应变表数据为单次对标结果所组合而成，在实际应用中效果较差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的专利技术目的在于：针对目前材料多应变率本构模型硬化曲线建立过程中所存在的问题，提出获得多应变率下材料高精度硬化模型参数的方法，主要解决曲线建立过程中不能同时兼顾多应变率下材料性能和最终应用效果较差的问题，采用多目标多参数的优化方法对多应变率下的材料试样进行材料硬化模型曲线建立，以克服现有技术所存在的不足。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：一种获得多应变率下材料高精度硬化模型参数的方法，包括以下步骤：
[0005]S1、对材料进行高速拉伸试验，获得材料在多应变率单向拉伸下的工程应力
‑
工程应变曲线；
[0006]S2、计算材料试样多应变率下的真应力塑性应变曲线；
[0007]S3、对多应变率下真应力塑性应变曲线进行拟合外延，得到各应变率所对应的外延应力应变曲线；
[0008]S4、将各应变率所对应的外延应力应变曲线组合成外延应力应变表曲线表，曲线所对应值为曲线所对应应变率；
[0009]S5、通过赋予各应变率下外延应力应变曲线加权系数α不同的值，调整外延应力应变表曲线表的形状，α的取值范围为0
‑
1；
[0010]S6、对各应变率的材料试样建立数值模型，统一调用S5所得的外延应力应变表曲线表，在有限元软件中进行仿真计算，对比试验及仿真结果中的力
‑
变形曲线；
[0011]S7、返回S5，优化加权系数α的值，直到S6中所有材料试样数值模型对标结果满足
误差5％以内的要求，最终得到多应变率高精度硬化模型参数。
[0012]在本专利技术的方法中，力除以试样平行段截面积获得材料试样的工程应力，变形除以标距获得材料试样的工程应变。进一步，在S1中，根据国标GB/T228.1
‑
2010金属材料拉伸试验第1部分的室温试验方法，找出试验所得工程应力
‑
应变中弹性段部分，获得材料试样的屈服强度、抗拉强度、弹性模量数据。
[0013]在本专利技术的方法中，计算材料的工程应力和工程应变，剔除屈服强度之前、颈缩点之后的数据，并通过公式转换得到材料试样的真应力塑性应变曲线。材料的真应力和真应变及塑性应变的计算采用如下公式：
[0014]真应力计算：
[0015]σ
T
＝σ*(1+ε)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)
[0016]真应变计算：
[0017]ε
T
＝ln(1+ε)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)
[0018]塑性应变计算：
[0019]ε
pl
＝ln(1+ε
T
‑
σ/E)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)
[0020]公式(1)和公式(2)中，σ和ε分别为工程应力应变。公式(3)中，ε
pl
为塑性应变，ε
T
为真应变，E为弹性模量。
[0021]在本专利技术中，由于试验所获得并处理的真应力塑性应变曲线仅为缩颈前数据。对于缩颈后数据，因实际截面缩小导致所测得应力失真，因此需采用硬化模型对处理后真应力塑性应变曲线数据进行拟合外推。常用的硬化模型分为饱和硬化模型和非饱和硬化模型，具体公式如下所示。为保证曲线有较大的调整范围，选用饱和硬化模型和非饱和硬化模型各一种采用加权系数进行混合得到的混合硬化模型，从而获得较大的调整空间。
[0022]非饱和型硬化模型:
[0023]Hollmon本构方程：
[0024][0025]简化J
‑
C本构方程：
[0026][0027]Swift本构方程：
[0028][0029]Ghosh本构方程：
[0030][0031]Voce++本构方程：
[0032][0033]饱和型硬化模型:
[0034]Hockett
‑
Sherby本构方程：
[0035][0036]Voce本构方程：
[0037][0038]上述公式中，a、b、c、d为未知参数，需拟合得到。
[0039]在本专利技术中，选用Voce++和Hockett
‑
Sherby本构方程(当然，也可以选择其他方程组合，不同方程之间可以自由组合，此处仅以这两个方程为例)拟合得到外延后的应力应变曲线，Voce++和Hockett
‑
Sherby本构方程结合后的方程如公式(11)所示：
[0040]Voce++
‑
Hockett
‑
Sherby本构方程：
[0041][0042]式中：σ为真应力，α为加权系数，取值为(0
‑
1)，a5、a6、b5、b6、c5、c5、d5、d6为未知参数，需拟合得到，ε
pl
为塑性应变。
[0043]进一步，所述多应变率用试样平行段的应变率进行描述，其中，多应变率的范围为0.1/s
‑
1000/s，所述多应变率对应的试样为高速拉伸试样。
[0044]作为优选，所述有限元软件为LS
‑
DYNA仿真分析软件。
[0045]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0046]1、本专利技术先通过材料高速拉伸试验并通过数据处理获得多应变率下材料在颈缩点前的真应力塑性应变曲线，基于该曲线，采用硬化模型公式进行拟合，得到初始硬化模型参数表，然后基于不同应变率下的材料高速拉伸试验，建立相应加载条件的有限元模型，同时对标各应变率试验中的力
‑
变形曲线，并优化硬化模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获得材料多应变率下高精度硬化模型参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对材料进行高速拉伸试验，获得材料在多应变率单向拉伸下的工程应力
‑
工程应变曲线；S2、计算材料试样多应变率下的真应力塑性应变曲线；S3、对多应变率下真应力塑性应变曲线进行拟合外延，得到各应变率所对应的外延应力应变曲线；S4、将各应变率所对应的外延应力应变曲线组合成外延应力应变表曲线表，曲线所对应值为曲线所对应应变率；S5、通过赋予各应变率下外延应力应变曲线加权系数α不同的值，调整外延应力应变表曲线表的形状，α的取值范围为0
‑
1；S6、对各应变率的材料试样建立数值模型，统一调用S5所得的外延应力应变曲线表，在有限元软件中进行仿真计算，对比试验及仿真结果中的力
‑
变形曲线；S7、返回S5，优化加权系数α的值，直到S6中所有材料试样数值模型对标结果满足误差5％以内的要求，最终得到多应变率高精度硬化模型参数。2.如权利要求1所述的获得多应变率下材料高精度硬化模型参数的方法，其特征在于，所述多应变率用试样平行段的应变率描述，其中，试样平行段在试验中应变率范围为0.1/s
‑
1000/s。3.如权利要求2所述的获得材料多应变率下高精度硬化模型参数的方法，其特征在于，在S5中，选用Voce++和Hockett
‑
Sherby本构方程拟合得到外延后的应力应变曲线，Voce++和Hockett
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：姜子涵，梁宾，赵岩，姜发同，袁超，王扬卫，范吉富，王腾腾，张伟，王宝川，计遥遥，闫江江，梁笑，冉茂宇，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：