超高强钢动态断裂特性的表征测试方法技术

本发明专利技术涉及一种超高强钢动态断裂特性的表征测试方法，根据现有设备技术参数及超高强钢强度高、韧性相对较低的特点，设计拉伸条件下具有不同应力状态的试样，根据应力三轴度从小到大为剪切、拉剪、单向拉伸、单孔拉伸、及不同尺寸缺口试样，并根据不同试样在不同应变速率下的断裂特性设计相应试验矩阵，完成超高强钢动态断裂性能的试验表征。试验采用3D非接触式高速摄像光学应变采集系统，同步记录试验过程中试样变形，采集材料不同应力状态及速率下失效数据，数据经处理可在后续数值模拟分析中对相应模型进行标定，完成精准化建模。本发明专利技术充分利用设备特点，为后续碰撞模拟分析提供数据支持，大大提高车身安全设计评估的效率，有效降低成本。效降低成本。效降低成本。

【技术实现步骤摘要】
超高强钢动态断裂特性的表征测试方法


[0001]本专利技术涉及材料测试领域，尤其涉及一种超高强钢动态断裂特性的表征测试方法。

技术介绍

[0002]随着国内汽车用钢品种的逐渐完善，我国汽车工业的发展得到了有力的材料基础支持。在汽车自主研发的过程中，材料性能的描述及其准确程度是非常重要的考察内容之一。现阶段在塑性加工领域中，关于钢材本构关系中应变率的影响主要集中在0～100s
‑1。而针对努力提高车身结构安全性的研究而言，在典型的汽车正面碰撞测试中的应变率最高可达1000s
‑1。由于碰撞测试的成本高、效率低等原因，车身设计开发过程采用CAE碰撞失效模拟完成对材料及结构安全性能的评估。而为实现碰撞失效模拟，需运用基于失效准则的材料本构模型，并通过完备的试验矩阵对材料模型进行标定。
[0003]现有失效模拟及试验矩阵多集中于准静态测试环境下，并不能完全精准表征碰撞过程动态断裂特性。因此在准静态断裂特性表征试验的基础上，高应变率下的试验研究，对汽车板钢材，尤其是基于安全及环保轻量化考虑而逐渐增加使用的超高强钢碰撞性能表征将起到很好的促进作用。
[0004]本单位现有液压伺服高速拉伸试验机，可进行汽车板软钢、高强钢、超高强钢及镁合金、铝合金等的高应变速率拉伸试验。设备的最大载荷为50KN，最大试验速率为20m/s，最大采样频率10MHz，最大横梁位移250mm。动态力学性能的表征多根据试验机特点设计“工”字型试样单向拉伸，得到拉伸过程应力应变、力位移关系曲线。而动态断裂特性表征需设计一系列不同应力状态试样，并根据试样设计相应试验矩阵，得到力位移曲线及断裂应变等金属材料断裂模型所需的试验数据。

技术实现思路

[0005]为解决以上问题，本专利技术提供一种超高强钢动态断裂特性的表征测试方法，充分利用设备特点，操作简单，结果准确，为后续碰撞模拟分析提供数据支持，大大提高车身安全设计评估的效率，有效降低成本。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种超高强钢动态断裂特性的表征测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007]S1：根据拉伸条件下具有不同平面应力状态制作不同的试样，用酒精清洁试样表面，在需测试面均匀喷上一层白色哑光漆，待白漆干后均匀喷上黑色散斑；
[0008]S2：安装试样，3D高速摄像机对准试样喷散斑表面，根据试样、测试速率设置试验仪器相关参数，同步触发测试与应变采集系统，进行动态拉伸测试，通过试样形状、尺寸设计的不同，模拟材料在不同受力环境下的断裂状态；
[0009]S3：按照拉伸条件下不同平面应力状态的试样，每一种试样0.1/s～100/s不同速率，及不同速率对应的最小采样频率、采样时间参数进行试验，形成试验矩阵；
[0010]S4：使用ARAMIS应变处理系统对采集到的载荷、变形数据进行处理，选择最终断裂区域得到其力
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位移关系、断裂应变所需数据，为后续CAE模拟提供数据支撑。
[0011]作为优选，步骤S1中，根据拉伸条件下具有不同平面应力状态制作不同的试样，分别为剪切试样、拉剪试样、单向拉伸试样、单孔拉伸试样和不同尺寸的圆弧形缺口试样。
[0012]作为优选，步骤S2中，测试过程需采集300～500个或更多数据点，以保证进行准确的应变计算，且尽可能采集到距离断裂瞬间时间点更近的数据。
[0013]作为优选，采样频率的设计需使得剪切试样和拉剪试样测试时，能采集到足够多数据；采样时间的设计需使得单孔拉伸试样和单向拉伸试样测试时，足够完成采样。
[0014]进一步的，步骤S3中，0.1/s测试采样频率不低于125Hz，采样时间不短于10000ms；1/s测试采样频率不低于1500Hz，采样时间不短于2000ms；10/s测试采样频率不低于7000Hz，采样时间不短于800ms；100/s测试采样频率不低于93000Hz，采样时间不短于200ms。
[0015]作为优选，使用外接3D非接触式高速摄光学应变采集系统，同步跟踪测试过程中试样表面散斑变形位移情况，从而得到全场应变，获得准确的高速拉伸性能曲线。
[0016]本专利技术取得的有益效果是：本专利技术专利根据现有设备技术参数及超高强钢强度高韧性相对较低的特点，设计拉伸条件下具有不同应力状态的试样，根据应力三轴度从小到大为剪切、拉剪、单向拉伸、单孔拉伸、及不同尺寸缺口试样，并根据不同试样在不同应变速率下的断裂特性设计相应试验矩阵，完成超高强钢动态断裂性能的试验表征。试验采用3D非接触式高速摄像光学应变采集系统，同步记录试验过程中试样变形，采集材料不同应力状态及速率下失效数据，数据经处理可在后续数值模拟分析中对相应模型进行标定，完成精准化建模。整套超高强钢动态断裂特性测试方法在现有设备基础上设计，充分利用设备特点，简单易操作，保证结果准确性，为后续碰撞模拟分析提供数据支持，大大提高车身安全设计评估的效率，有效降低成本。
[0017]本专利技术具有以下优点：
[0018]1、基于现有高速拉伸设备技术参数及超高强钢性能特点，设计拉伸条件下具有不同平面应力状态的不同尺寸试样，可模拟材料不同受力状态下断裂过程；
[0019]2、设计不同量级拉伸速率测试，更好的表征材料在高速碰撞下断裂特性；
[0020]3、根据不同测试速率设计相应采样频率及采样时间等测试参数，保证测试结果的完整性与准确性；
[0021]4、使用外接3D非接触高速摄像光学应变采集系统，采用散斑测量法，准确跟踪试样变形过程，并经ARAMIS应变处理系统获得准确动态断裂特性数据。
附图说明
[0022]图1为剪切试样示意图；
[0023]图2为拉剪试样示意图；
[0024]图3为缺口试样示意图；
[0025]图4为单孔拉伸试样示意图；
[0026]图5
‑
6为圆弧形缺口试样示意图。
具体实施方式
[0027]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]如图1
‑
6所示，本专利技术的一种超高强钢动态断裂特性表征方法，适用于强度级别大于等于600Mpa的板状试样，：包括以下步骤：
[0029]S1：根据拉伸条件下具有不同平面应力状态制作不同的试样，用酒精清洁试样表面，在需测试面均匀喷上一层白色哑光漆，待白漆干后均匀喷上黑色散斑；
[0030]S2：安装试样，3D高速摄像机对准试样喷散斑表面，根据试样、测试速率设置试验仪器相关参数，同步触发测试与应变采集系统，进行动态拉伸测试，通过试样形状、尺寸设计的不同，模拟材料在不同受力环境下的断裂状态；
[0031]S3：按照拉伸条件下不同平面应力状态的试样，每一种试样0.1/s～100/s不同速率，及不同速率对应的最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强钢动态断裂特性的表征测试方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据拉伸条件下具有不同平面应力状态制作不同的试样，用酒精清洁试样表面，在需测试面均匀喷上一层白色哑光漆，待白漆干后均匀喷上黑色散斑；S2：安装试样，3D高速摄像机对准试样喷散斑表面，根据试样、测试速率设置试验仪器相关参数，同步触发测试与应变采集系统，进行动态拉伸测试，通过试样形状、尺寸设计的不同，模拟材料在不同受力环境下的断裂状态；S3：按照拉伸条件下不同平面应力状态的试样，每一种试样0.1/s～100/s不同速率，及不同速率对应的最小采样频率、采样时间参数进行试验，形成试验矩阵；S4：使用ARAMIS应变处理系统对采集到的载荷、变形数据进行处理，选择最终断裂区域得到其力
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位移关系、断裂应变所需数据，为后续CAE模拟提供数据支撑。2.根据权利要求1所述的超高强钢动态断裂特性的表征测试方法，其特征在于：步骤S1中，根据拉伸条件下具有不同平面应力状态制作不同的试样，分别为剪切试样、拉剪试样、单向拉伸试样、单孔拉伸试样和不同尺寸的圆弧形缺口试样。3.根据权利...

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