一种消除准静态压缩力学实验系统误差的方法技术方案

本发明专利技术属于力学领域，具体涉及一种消除准静态压缩力学实验系统误差的方法。通过在室温下，利用试验机上压头以恒压力或者恒定加载速度对试件进行准静态单轴压缩，取两个不同高度的试件，可以得到系统刚度、系统压头受力与变形之间的关系，从而得到对应两个受力时程曲线与位移时程曲线，将两个式子联立并消去未知的杨氏模量E之后即可得到试验系统的刚度系数，即可得到压头位移时程曲线，随后可反解出杨氏模量E。本发明专利技术通过定义系统刚度系数对力学实验的误差进行校正，从而实现更高精度的杨氏模量E，提高准静态力学实验的准确性。提高准静态力学实验的准确性。提高准静态力学实验的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种消除准静态压缩力学实验系统误差的方法


[0001]本专利技术属于力学领域，具体涉及一种消除准静态压缩力学实验系统误差的方法。

技术介绍

[0002]开展准静态压缩试验来测试夹芯结构的压缩力学特性，通过试验可以获取结构的压缩应力应变特性、变形过程及失效模式。这对描述材料的力学性能和获得低应变率下材料的应力应变关系，具有重要的工程价值。
[0003]当前应力应变的测试方法有很多，准静态压缩实验被公认为是最常用最有效的方法，然而，准静态压缩过程中，由于试验系统的刚度对实验结果影响较大，因此MTS试验机获得的位移数据精度较低；因而使得所得到的应变值准确性不高，对于弹性阶段，由于应变值较小，这些试验误差严重影响杨氏模量的屈服应变的准确性，进而影响声速等重要力学参数的准确性；因此，一般情况下不建议使用试验系统所给出的位移值，这涉及到实验精确性问题，然而，目前国内外并没有对这方面进行深入的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种消除准静态压缩力学实验系统误差的方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种消除准静态压缩力学实验系统误差的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)：制备n个高度不同，材料相同，直径相同的试件，其初始高度分别为H1、H2、
……
H
n
，初始截面面积均为A0，将n个试件分别在MTS万能材料试验机上进行准静态压缩力学实验，并记录各自的压头位移时程曲线
△
l
i/>(t)和压头受力时程曲线F
i
(t)，其中，i的取值为1到n；
[0007]步骤(2)：定义MTS万能材料实验机的系统误差刚度系数为κ，定义系统压头受力F
i
与变形δL
i1
之间的关系；
[0008]步骤(3)：解出真实位移时程曲线
△
L
i
(t)，真实位移时程曲线
△
L
i
(t)与变形δL
i1
的和为系统压头的位移时程曲线
△
l
i
(t)；
[0009]步骤(4)：由步骤(2)定义的系统压头受力F
i
与变形δL
i1
之间的关系，推导得到关于弹性模量E与系统误差刚度系数κ的n组函数关系式，用n组函数关系式消掉弹性模量E反解出系统误差刚度系数κ；
[0010]步骤(5)：解出误差刚度系数κ之后，根据步骤(2)定义的系统压头受力F
i
与变形δL
i1
之间的关系解得所需材料的真实弹性模量E。
[0011]进一步的，采用零阶刚度校正法，具体方法如下：
[0012]步骤(1)：准备两个的初始高度为H1和H2的试件，其中H1≠H2，设试件的初始长度为L0、初始截面面积为A0，将试件放置在MTS万能材料实验机上，设置1kN/s加载速度加载15s，记录两个试件受力时程曲线F1(t)和F2(t)，记录试验系统给出的压头位移时程曲线
△
l1(t)和
△
l2(t)；
[0013]步骤(2)：定义MTS万能材料实验机的系统误差刚度系数为κ，定义系统压头受力F
i
与变形δL
i
之间关系：
[0014]F
i
＝κ
·
δL
i
；
[0015]步骤(3)：解出真实位移时程曲线：
[0016][0017]式中，
△
L1(t)和
△
L2(t)分别表示试件1和试件2的真实位移时程曲线，理想条件下，试验系统刚度相对材料杨氏模量无穷大，此时上式即可简化为：
[0018][0019]步骤(4)：求解系统误差刚度系数κ：
[0020]对于超强材料而言，在弹性阶段忽略截面积的变化，即有：
[0021][0022]上式消去未知的杨氏模量E，即可以得到试验系统的刚度系数：
[0023][0024]步骤(5)：求解所需材料的真实弹性模量E：将刚度系数反代入，即可给出杨氏模量：
[0025][0026]进一步的，采用一阶刚度校正法，具体为：在式F
i
＝κ
·
δL
i
的基础上，考虑材料试验机压头重量和液压特性，进一步定义系统压头受力F
i
与变形δL
i
之间满足：
[0027]F
i
＝κ
·
(δL
i
‑
δL0)
[0028]即存在一个临界变形量δL0；
[0029]此时，即有
[0030][0031]如不考虑临界变形量，上式简化为：
[0032][0033]在弹性阶段忽略截面积的变化，即有：
[0034][0035]利用一阶刚度校正法，至少需要开展三组不同高度但截面积相同的单轴压缩试验，此时，上式即可表达为：
[0036][0037]根据上式可以求出截距：
[0038][0039]杨氏模量的表达式为：
[0040][0041]和刚度系数表达式为：
[0042][0043]式中
[0044][0045]将上四式代入下式中任意一个方程就可以得到试件校正后的工程应力应变曲线：
[0046][0047]进一步的，采用二阶刚度校正法，具体为：
[0048]假设系统压头受力F
i
与变形δL
i
之间满足二次函数关系：
[0049][0050]即同时考虑临界变形量δL
i0
和系统刚度与变形量之间的非线性关系；式中，
[0051][0052]分别表示无量纲变形量和无量纲临界变形量；
[0053]此时，即有
[0054]△
l(t)＝
△
L+δL
i
＝
△
L+L
i
[F(t),κ1,κ2,δL0][0055]即
[0056]△
L＝
△
l(t)
‑
L
i
[F(t),κ1,κ2,δL0][0057]式中，
△
l(t)和F(t)曲线可以同时试验给出，是已知量；因而还存在4个未知量，需要至少4个独立的方程才能给出其解析解；也就是说，需要至少4组不同高度但直径相同的试件在相同试验机上开展试验，从而得到：
[0058][0059]给出系统临界变形量和两个刚度系数，从而可以求出试件的杨氏模量和试件校正后的工程应力工程应变曲线。
[0060]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0061](1)本专利技术通过对不同高度的n个试件进行施加载荷，并设置相同加载时间，分别进行n次实验，得出两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除准静态压缩力学实验系统误差的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：制备n个高度不同，材料相同，直径相同的试件，其初始高度分别为H1、H2、
……
H
n
，初始截面面积均为A0，将n个试件分别在MTS万能材料试验机上进行准静态压缩力学实验，并记录各自的压头位移时程曲线
△
l
i
(t)和压头受力时程曲线F
i
(t)，其中，i的取值为1到n；步骤(2)：定义MTS万能材料实验机的系统误差刚度系数为κ，定义系统压头受力F
i
与变形δL
i1
之间的关系；步骤(3)：解出真实位移时程曲线
△
L
i
(t)，真实位移时程曲线
△
L
i
(t)与变形δL
i1
的和为系统压头的位移时程曲线
△
l
i
(t)；步骤(4)：由步骤(2)定义的系统压头受力F
i
与变形δL
i1
之间的关系，推导得到关于弹性模量E与系统误差刚度系数κ的n组函数关系式，用n组函数关系式消掉弹性模量E反解出系统误差刚度系数κ；步骤(5)：解出误差刚度系数κ之后，根据步骤(2)定义的系统压头受力F
i
与变形δL
i1
之间的关系解得所需材料的真实弹性模量E。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用零阶刚度校正法，具体方法如下：步骤(1)：准备两个的初始高度为H1和H2的试件，其中H1≠H2，设试件的初始长度为L0、初始截面面积为A0，将试件放置在MTS万能材料实验机上，设置1kN/s加载速度加载15s，记录两个试件受力时程曲线F1(t)和F2(t)，记录试验系统给出的压头位移时程曲线
△
l1(t)和
△
l2(t)；步骤(2)：定义MTS万能材料实验机的系统误差刚度系数为κ，定义系统压头受力F
i
与变形δL
i
之间关系：F
i
＝κ
·
δL
i
；步骤(3)：解出真实位移时程曲线：式中，
△
L1(t)和
△
L2(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：高光发，武一丁，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：