一种基于时间和位置相关的薄板成形极限确定方法技术

本发明专利技术公开一种基于时间和位置相关的薄板成形极限确定方法，包括试验前处理、加载试样、应变识别点定位、应变识别点应变输出、应变—时间曲线图绘制、非均匀变形临界时刻确定、集中性颈缩识别点的确定、应变—时间关系的拟合、应变速率—时间的关系、集中性颈缩时刻的确定、重复上述步骤获得第二组试样至第p

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间和位置相关的薄板成形极限确定方法


[0001]本专利技术属于金属板材冷成形
，尤其是涉及一种基于时间和位置相关的薄板成形极限确定方法。

技术介绍

[0002]成形极限反映了板料在集中性失稳前所能达到的最大变形程度,是板料成形领域中最重要的工艺参数和性能指标之一。人们往往用成形极限图(Forming Limited Diagram)来表征薄板的成形极限，如图1所示，FLD曲线下方是安全区，上方是失效区，黑色的箭头(三角形)代表多种应变路径，理论上，当板料在塑性变形过程中在FLD曲线以下是安全的，在FLD曲线以上是危险的。由于薄板成形的零件需要考虑外观因素，因此失效的定义往往不是板料发生破裂，而是发生集中性颈缩，即板料在局部区域的厚度方向发生较为明显颈缩。
[0003]确定FLD曲线的最大难点在于材料发生集中性颈缩的识别，传统的FLD确定(ISO12004
‑
2推荐)是基于位置相关性的方法，用接近断裂时刻的应变分布近似拟合集中性颈缩发生的位置和大小，这是一种经验性的确定方法。这种方法在使用过程中存在以下的不足：1)该方法采取了三次拟合，分别是裂纹位置的拟合、边界线的拟合和最大应变的拟合，这些拟合具有一定主观性，势必会影响测试结果的精度，并且这种处理方法本身无法从机理上解释材料集中性颈缩的现象，总的来说是一种相对近似的结果；2)该方法对断裂的位置和断裂前板面应变的分布状态比较敏感，如果出现分布偏锋或者多峰的应变分布，则无法对数据进行处理，试验结果无效；3)绝大多数FLD测试均采用的是Nakajima球形冲头试验方法，但是Nakajima测试方法本身在板面会产生一定的应变梯度，而这种位置相关的FLD确定方法会明显受到应变梯度的影响，因此在计算过程中Nakajima球形冲头试验方法会对试验结果造成一定影响；4)对于目前的高强钢材料具有较大的局限性，尤其是超高强钢在断裂前没有发生明显的颈缩，因此单纯依靠位置相关的确定方法会有很大局限性，如果能引入时间相关的因素试验的适用性会大大增加。

技术实现思路

[0004]为了从根本上反映材料的物理特性，并且克服传统测试方法表面应变分布造成的试验失效的问题，本专利技术一种更精确、更完善的基于时间和位置相关的薄板成形极限确定方法，适用于小于3mm金属板材的成形极限(FLD)的评价。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所涉及的一种基于时间和位置相关的薄板成形极限确定方法如下：
[0006]1)试验前处理
[0007]取p种几何尺寸的试样，每种几何尺寸的试样为q件，对所有试样的表面进行网格处理，且网格的形式与DIC测量系统匹配；
[0008]2)加载试样
[0009]对第一件试样进行加载，加载过程中，全程用DIC测量系统对第一件试样变形的过程进行拍照，记录每一时刻照片，并获取第一件试样每一时刻照片变形表面的应变云图；未变形的第一时刻照片记为stage
‑
0，加载后第二时刻照片记为stage
‑
1、第三时刻照片记为stage
‑
2，以此类推，当出现肉眼可见的宏观裂纹停止加载试验，最后时刻照片记为stage
‑
m，m为自然数；
[0010]3)应变识别点定位
[0011]在步骤2)中的m张应变云图中，找到第一件试样开始出现裂纹时的断裂照片stage
‑
n，且1＜n＜m，然后回溯到断裂照片stage
‑
n的上一时刻照片stage
‑
n
‑
1；在照片stage
‑
n
‑
1上记录在裂纹区域主应变最大的位置O点以及裂纹开裂的方向θ；再将O点回溯到第一时刻照片stage
‑
0，在第一时刻照片stage
‑
0上做一条通过O点并垂直与裂纹开裂方向θ的截面线，最后在第一时刻照片stage
‑
0上位于截面线上以O点为起点设置z个应变识别点；
[0012]4)应变识别点应变输出
[0013]记录步骤3)中z个应变识别点和O点在每一时刻照片中对应的主应变ε1、次应变ε2和时间t，并通过体积不变原理计算z个应变识别点和O点在每一时刻照片中对应的厚度方向应变ε3；
[0014]5)应变—时间曲线图绘制
[0015]根据步骤4)获得的每个应变识别点在每一时刻照片中对应的厚度方向应变ε3和时间t绘制每个应变识别点的ε3‑
t曲线，同时根据步骤4)获得的O点在每一时刻照片中对应的厚度方向应变ε3和时间t绘制O点的ε3‑
t曲线，总共获得z+1条ε3‑
t曲线；
[0016]6)非均匀变形临界时刻确定
[0017]当在同一时刻z个应变识别点和O点中厚向应变ε3的最小值和最大值差值在1～3％时，认为板料开始发生非均匀变形，而板料开始发生非均匀变形的时刻t
i
为均匀变形和非均匀变形的临界时刻；
[0018]7)集中性颈缩识别点Z
n
的确定
[0019]在Z个应变识别点中出现了应变平台，且出现应变平台的点中距离O点最近的点记为集中性颈缩识别点Z
n
；
[0020]8)应变—时间关系的拟合
[0021]以时刻t
i
为启始到第一件试样发生断裂前一张照片stage
‑
n
‑
1的时刻结束，将时间统一以时刻t
i
作为时间原点，输出集中性颈缩识别点Z
n
在照片stage
‑
t
i
至照片stage
‑
n
‑
1中对应的主应变ε1和时间t或对应的厚向应变ε3与时间t；然后用奇次方多项式来拟合主应变ε1和时间t或者厚向应变ε3和时间t，获得拟合曲线，拟合后的拟合曲线如公式2所示：
[0022]ε＝a+bt+ct2+dt3+et4+ft5ꢀꢀ
(2)
[0023]其中，a、b、c、d、e、f为系数；
[0024]9)应变速率—时间的关系
[0025]对公式(2)的拟合曲线分别取一阶导数得到z+1条应变速率与时间的关系曲线计算应变速率与时间的关系曲线如公式(3)所示：
[0026][0027]10)集中性颈缩时刻t
o
的确定
[0028]对步骤9)获得的公式(3)进行求导，得到应变加速度和时间的关系曲线如公式(4)，公式(4)＝0的解即为集中性颈缩时刻t
o
，且时刻t
i
＜时刻t
o
＜时刻t
n
‑1；
[0029][0030]将O点在时刻t0的次应变和主应变进行输出，将输出的(ε
2，
ε1)作为材料在该应变状态下的一个应变极限点；
[0031]11)重复步骤2)～10)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时间和位置相关的薄板成形极限确定方法，其特征在于：所述薄板成形极限确定方法如下：1)试验前处理取p种几何尺寸的试样，每种几何尺寸的试样为q件，对所有试样的表面进行网格处理，且网格的形式与DIC测量系统匹配；2)加载试样对第一件试样进行加载，加载过程中，全程用DIC测量系统对第一件试样变形的过程进行拍照，记录每一时刻照片，并获取第一件试样每一时刻照片变形表面的应变云图；未变形的第一时刻照片记为stage
‑
0，加载后第二时刻照片记为stage
‑
1、第三时刻照片记为stage
‑
2，以此类推，当出现肉眼可见的宏观裂纹停止加载试验，最后时刻照片记为stage
‑
m，m为自然数；3)应变识别点定位在步骤2)中的m张应变云图中，找到第一件试样开始出现裂纹时的断裂照片stage
‑
n，且1＜n＜m，然后回溯到断裂照片stage
‑
n的上一时刻照片stage
‑
n
‑
1；在照片stage
‑
n
‑
1上记录在裂纹区域主应变最大的位置O点以及裂纹开裂的方向θ；再将O点回溯到第一时刻照片stage
‑
0，在第一时刻照片stage
‑
0上做一条通过O点并垂直与裂纹开裂方向θ的截面线，最后在第一时刻照片stage
‑
0上位于截面线上以O点为起点设置z个应变识别点；4)应变识别点应变输出记录步骤3)中z个应变识别点和O点在每一时刻照片中对应的主应变ε1、次应变ε2和时间t，并通过体积不变原理计算z个应变识别点和O点在每一时刻照片中对应的厚度方向应变ε3；5)应变—时间曲线图绘制根据步骤4)获得的每个应变识别点在每一时刻照片中对应的厚度方向应变ε3和时间t绘制每个应变识别点的ε3‑
t曲线，同时根据步骤4)获得的O点在每一时刻照片中对应的厚度方向应变ε3和时间t绘制O点的ε3‑
t曲线，总共获得z+1条ε3‑
t曲线；6)非均匀变形临界时刻确定当在同一时刻z个应变识别点和O点中厚向应变ε3的最小值和最大值差值在1～3％时，认为板料开始发生非均匀变形，而板料开始发生非均匀变形的时刻t
i
为均匀变形和非均匀变形的临界时刻；7)集中性颈缩识别点Z
n
的确定在Z个应变识别点中出现了应变平台，且出现应变平台的点中距离O点最近的点记为集中性颈缩识别点Z
n
；8)应变
‑
时间关系的拟合以时刻t
i
为启始到第一件试样发生断裂前一张照片stage
‑
n
‑
1的时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：余立，魏星，刘渊媛，董蓓，陈明，黄全伟，陈寅，周少云，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：