建立电致塑性单向拉伸试验本构模型的方法及其试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种建立电致塑性单向拉伸试验本构模型的方法，具体步骤包括：S1、制备拉伸试样，并对夹具和拉伸试样做绝缘处理；S2、分别制作室温单向拉伸、高温单向拉伸和电致塑性拉伸三组试验装置，并将试验装置装夹在万能拉伸试验机上，分别进行三组拉伸试验；S3、通过S2得到的试验数据，对拉伸试样在不同状态下的抗拉强度和断后延伸率进行分析；S4、结合三种状态的单向拉伸试验数据，建立电致塑性的本构方程：建立室温单向拉伸的Johnson

【技术实现步骤摘要】
建立电致塑性单向拉伸试验本构模型的方法及其试验装置


[0001]本专利技术涉及材料力学特性领域，特别涉及一种建立电致塑性单向拉伸试验本构模型的方法及其试验装置。

技术介绍

[0002]传统单向拉伸试验，是材料力学性能试验的普遍方法，通过试验得到材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失效形式的特点和基本规律，可以评定出材料的基本力学性能指标。但是对于一些合金，如钛合金、镁合金等，在低温环境下的塑性较低导致成形效果较差，极易出现开裂、反弹等问题，传统的单向拉伸试验所得的材料力学性能对于该类合金的加工工艺与加工性能只适用于低温环境下。
[0003]电致塑性效应是指脉冲电流或电场刺激正在发生塑性变形的金属材料，从而使其出现变形抗力减小，塑性变好的现象。电致塑性效应分为纯电致塑性效应和电致塑性附加作用。这两者区别在于，电致塑性附加作用是在脉冲电流的作用下，金属自阻生热产生的焦耳热效应。向金属材料通入脉冲电流的全新工艺技术叫做电流辅助加工工艺技术，现阶段，该加工工艺技术中仅仅把脉冲电流所产生的焦耳热运用在金属材料上，而脉冲电流本身对金属材料的内部电子的影响常常被忽视，存在一定的片面性。
[0004]常见电致塑性单向拉伸试验中，采用吹冷风，设置液氮环境的方法控制材料温度变化，试样外部温度变化快于内部，这种方法测得的实验数据存在一定的误差。因此，提出一种电致塑性单向拉伸试验及其本构模型建立的方法，采用定量分析的方法，将试样通电后设置不同的对照组，测定合金在不同温度下和是否通电情况下的应力应变关系，通过对该试验方法得到的试验数据进行分析处理，绘制出合金的真实应力
‑
应变曲线，并对比获得的合金在不同状态下的抗拉强度和断后延伸率，总结出电致塑性效应对合金力学性能的影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种建立电致塑性单向拉伸试验本构模型的方法及其试验装置，首先将待测合金制成一种基于微拉伸试验标准及适用通电情况下的特殊的拉伸试样，并使用自制不导电夹具将拉伸试样装夹在万能拉伸机上，随后设置室温单向拉伸、高温单向拉伸和电致塑性单向拉伸三组试验，再将三组试验得到的数据转化为真实应力
‑
应变曲线，将三组数据进行对比分析得出电致塑性效应中脉冲电流大小和占空比的主次关系，最后基于Johnson
‑
Cook模型和Arrhenius模型，并通过对电致塑性拉伸试验数据的多次拟合，得到电致塑性的本构方程，从而为以后的电致塑性成形工艺模拟提供了理论依据。
[0006]本专利技术提供了一种建立电致塑性单向拉伸试验本构模型的方法，其具体包括以下步骤：
[0007]S1、制备拉伸试样，并对夹具和拉伸试样做绝缘处理；
[0008]S2、分别制作室温单向拉伸、高温单向拉伸和电致塑性拉伸三组试验装置，并将试验装置装夹在万能拉伸试验机上，分别进行三组拉伸试验；
[0009]S3、通过步骤S2得到的试验数据，对拉伸试样在不同状态下的抗拉强度和断后延伸率进行分析；
[0010]S4、结合三种状态的试验数据，建立不同状态下的本构方程：
[0011]S41、建立拉伸试样在室温单向拉伸试验中的本构方程，并加入电致塑性效应影响函数，得到初始本构方程的积性函数；
[0012]S42、基于Johnson
‑
Cook模型建立室温下的本构模型：
[0013]S421、将初始本构方程的积性函数中的应变速率忽略，得到如下表达式：
[0014][0015]式中，为参考应变速率对应的流动应力，为参考应变率，T为无量纲化的温度项，g(T)为热软化函数；
[0016]S422、根据室温下拉伸试样的真实应力
‑
应变曲线关系，应用Hollomon模型，以硬化指数来描述室温下拉伸试样的流动应力变化，得到如下表达式：
[0017]σ1＝A
·
ε
n
[0018]式中，ε为真实塑性应变，A为室温下强度系数，n为室温下应变硬化指数；
[0019]S423、在步骤S421和步骤S422的基础上，令得室温的本构方程为：
[0020]σ＝A
·
ε
n
*g(T)
[0021]式中，ε为真实塑性应变，A为室温下强度系数，n为室温下应变硬化指数，T为无量纲化的温度项，g(T)为热软化函数；
[0022]S43、利用Arrhenius模型建立高温本构方程：
[0023]S431、根据Z值表征高温拉伸试样的应变速率和温度综合，得到唯象学本构方程修正的双曲正弦Arrhenius方程的表达式为：
[0024][0025][0026]式中，为应变速率，B为材料常数，σ2为高温真实应力，F(σ2)为应力函数，Q为应变激活能，R为气体摩尔常数8.314J/(mol
·
K)，T为温度；
[0027]S432、根据F(σ2)在低应力和高应力水平具有不同的表达形式，在应变速率一定情况下，得到关于lnσ2‑
σ2的方程；
[0028]S433、在步骤S431和步骤S432的基础上，根据唯象学热变形本构模型中应变激活能Q修正值的表达式，得出拉伸试样的高温本构方程的表达式如下：
[0029][0030]式中，σ为流动应力，A为室温下强度系数，ε为真实塑性应变，n为室温下应变硬化指数，为应变速率，b1为材料参数，d为材料参数，T为温度；
[0031]S44、建立电致塑性本构方程：
[0032]S441、根据电致塑性效应中有效应力和电流之间的规律，得到电致塑性效应影响函数，具体表达式如下：
[0033][0034]式中，h为电致塑型效应影响函数，j为电流密度，j0为材料参数，与温度有关；
[0035]S442、结合不通电时室温本构方程和高温本构方程，将电致塑性单向拉伸的试验数据进行拟合，得到通电时本构方程，即电致塑性本构方程的表达式为：
[0036][0037]式中，σ为流动应力，A为室温下强度系数，ε为真实塑性应变，n为室温下应变硬化指数，为应变速率，b1为材料参数，d为材料参数，T为温度，j为电流密度，j
02
(T)为电流密度关于温度的多项函数。
[0038]可优选的是，所述步骤S3的具体过程包括：
[0039]S31、将单向拉伸试验获得的载荷
‑
位移曲线和工程应力
‑
应变曲线中的试验数据转化为真实应力
‑
应变曲线；
[0040]S32、向拉伸试样通入不同电参数的脉冲电流，用热电偶测量室温下拉伸试样的不同温度值；将拉伸试样加热至预设温度后，进行保温工作，得到高温下拉伸试样的不同温度值；向拉伸试样通入不同电参数的脉冲电流，用热电偶测量，得到电致塑性下拉伸试样的不同温度值；
[0041]S33、通过分析拉伸试样在相同脉冲电流、不同占空比下的真实应力...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建立电致塑性单向拉伸试验本构模型的方法，其特征在于，其具体包括以下步骤：S1、制备拉伸试样，并对夹具和拉伸试样做绝缘处理；S2、分别制作室温单向拉伸、高温单向拉伸和电致塑性拉伸三组试验装置，并将试验装置装夹在万能拉伸试验机上，分别进行三组拉伸试验；S3、通过步骤S2得到的试验数据，对拉伸试样在不同状态下的抗拉强度和断后延伸率进行分析；S4、结合三种状态的试验数据，建立不同状态下的本构方程：S41、建立拉伸试样在室温单向拉伸试验中的本构方程，并加入电致塑性效应影响函数，得到初始本构方程的积性函数；S42、基于Johnson
‑
Cook模型建立室温下的本构模型：S421、将初始本构方程的积性函数中的应变速率忽略，得到如下表达式：式中，为参考应变速率对应的流动应力，为参考应变率，T为无量纲化的温度项，g(T)为热软化函数；S422、根据室温下拉伸试样的真实应力
‑
应变曲线关系，应用Hollomon模型，以硬化指数来描述室温下拉伸试样的流动应力变化，得到如下表达式：σ1＝A
·
ε
n
式中，ε为真实塑性应变，A为室温下强度系数，n为室温下应变硬化指数；S423、在步骤S421和步骤S422的基础上，令得室温的本构方程为：σ＝A
·
ε
n
*g(T)式中，ε为真实塑性应变，A为室温下强度系数，n为室温下应变硬化指数，T为无量纲化的温度项，g(T)为热软化函数；S43、利用Arrhenius模型建立高温本构方程：S431、根据Z值表征高温拉伸试样的应变速率和温度综合，得到唯象学本构方程修正的双曲正弦Arrhenius方程的表达式为：双曲正弦Arrhenius方程的表达式为：式中，为应变速率，B为材料常数，σ2为高温真实应力，F(σ2)为应力函数，Q为应变激活能，R为气体摩尔常数8.314J/(mol
·
K)，T为温度；S432、根据F(σ2)在低应力和高应力水平具有不同的表达形式，在应变速率一定情况下，得到关于lnσ2‑
σ2的方程；S433、在步骤S431和步骤S432的基础上，根据唯象学热变形本构模型中应变激活能Q修正值的表达式，得出拉伸试样的高温本构方程的表达式如下：
式中，σ为流动应力，A为室温下强度系数，ε为真实塑性应变，n为室温下应变硬化指数，为应变速率，b1为材料参数，d为材料参数，T为温度；S44、建立电致塑性本构方程：S441、根据电致塑性效应中有效应力和电流之间的规律，得到电致塑性效应影响函数，具体表达式如下：式中，h为电致塑型效应影响函数，j为电流密度，j0为材料参数，与温度有关；S442、结合不通电时室温本构方程和高温本构方程，将电致塑性单向拉伸的试验数据进行拟合，得到通电时本构方程，即电致塑性本构方程的表达式为：式中，σ为流动应力，A为室温下强度系数，ε为真实塑性应变，n为室温下应变硬化指数，为应变速率，b1为材料参数，d为材料参数，T为温度，j为电流密度，j
02
(T)为电流密度关...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟瑞雪，金卓翰，张正义，乔铮，李书宇，吴庚洋，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：