用于双金属复合板临界起皱应力应变的确定方法技术

本发明专利技术涉及一种用于双金属复合板临界起皱应力应变的确定方法，其包括以下步骤，步骤1：获取双金属复合板的板材性能参数；步骤2：利用混合法则建立各金属层的应力应变关系；步骤3：通过有限元分析方法确定双金属复合板的应力中性层位置；步骤4：根据应力中性层位置确定双金属复合板临界起皱应力应变。本发明专利技术通过采集各金属层的应变路径图，得到各金属层的应变路径分叉时刻，再由正应力沿厚度方向变化曲线和复合板厚向位移随时间变化图确定复合板应力中性层的位置，将应力中性层所在金属层的应变路径分叉时刻确定为复合板临界起皱时刻，准确预测复合板起皱失稳时刻的应力应变，为建立复合板临界起皱判定线而广泛应用于工程实践打下牢固基础。打下牢固基础。打下牢固基础。

【技术实现步骤摘要】
用于双金属复合板临界起皱应力应变的确定方法


[0001]本申请涉及板类零件成形领域，具体地涉及一种用于双金属复合板临界起皱应力应变的确定方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业的发展，人们对材料的特殊性能要求越来越高，如耐高低温、耐磨损、耐腐蚀、高强度等，性能单一的材料很难满足现代工业的需求。而复合材料的出现极大地满足了复合化性能的需求。金属基复合板具有将各组成材料的优良性能整合到一起的潜能，在保持各组成金属或合金特性的同时具有“相补效应”，可以弥补各自的不足，经过恰当的组合可以得到优异的综合性能。现如今，科研人员对金属基复合材料的制备技术和成形技术做了广泛而深入的实践探索和理论研究，形成了较为成熟制备手段。然而金属复合板材在实际成形过程中仍存在塑性失稳问题且国内外对于金属复合板的起皱判断准则及模型建立方面鲜有报道。金属复合板之间影响因素众多，且不同因素之间的耦合作用都会对金属复合板的成形产生影响，金属复合板临界起皱失稳时刻与起皱形貌难以预测和判定。因此，正确判定金属复合板在塑性成形过程中的零件起皱应力应变的确定成为本领域的研究热点之一。实现对金属复合板的临界起皱时刻的判定，确定临界起皱应力应变，就能建立临界起皱判定线。此外还能利用对皱纹的准确预测来提高复合板的塑性成形极限，从而扩大金属复合板的工艺窗口。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术通过采集各金属层的应变路径图，得到各金属层的应变路径分叉时刻，再通过截面正应力沿厚度方向的变化曲线和复合板厚向位移随时间变化图共同确定复合板应力中性层的位置，将应力中性层所在金属层的应变路径分叉时刻定义为双金属复合板临界起皱时刻，准确预测复合板起皱失稳时刻，确定临界起皱应力应变，为后续建立复合板临界起皱判定线而广泛应用于工程实践打下牢固基础。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：一种用于双金属复合板临界起皱应力应变的确定方法，其包括以下步骤：
[0005]步骤1：获取双金属复合板的板材性能参数；
[0006]对双金属复合板进行单向拉伸试验，获取双金属复合板整体的应力σ
m
和应变ε
m
；对双金属复合板进行显微硬度试验，通过硬度沿厚度方向的分布情况，准确获得第一金属层硬度HV
I
、第二金属层硬度HV
II
和混合金属层的硬度HV
I
‑
II
；
[0007]步骤2：利用混合法则建立第一金属层、第二金属层和混合金属层的应力应变关系；
[0008]根据混合法则确定第一金属层、第二金属层和混合金属层的应力，如下所示：
[0009][0010]式中：σ
I
表示第一金属层的应力；σ
II
表示第二金属层的应力；σ
I
‑
II
表示混合金属层的应力；F表示双金属复合板受到的总载荷；HV
I
表示第一金属层的硬度；HV
II
表示第二金属层的硬度；HV
I
‑
II
表示混合金属层的硬度；A
I
表示第一金属层的横截面积；A
II
表示第二金属层的横截面积；A
I
‑
II
表示混合金属层的横截面积；
[0011]由于复合板各层拉伸方向应变保持一致，双金属复合板整体混合材料和各异质层应变满足恒等方程，如下所示：
[0012]ε
m
＝ε
I
＝ε
I
‑
II
＝ε
II
；
[0013]式中：ε
m
表示双金属复合板整体的应变；ε
I
表示第一金属层的应变；ε
II
表示第二金属层的应变；ε
I
‑
II
表示混合金属层的应变；
[0014]则第一金属层、第二金属层和混合金属层的应力应变关系均能够用下式表示：
[0015]σ＝σ0+Kε；
[0016]式中：σ表示金属材料应力；σ0表示金属材料屈服应力；K表示金属材料强度系数；ε表示金属材料应变；
[0017]步骤3：通过有限元分析方法确定双金属复合板的应力中性层位置；
[0018]步骤31：设计双金属复合板拉伸起皱试验；
[0019]步骤32：根据双金属复合板拉伸起皱试验条件建立有限元分析模拟模型；
[0020]步骤33：对比有限元模拟结果和试验结果验证有限元模拟的准确性；
[0021]步骤34：根据有限元模拟结果绘制各金属层应变路径；分别提取双金属复合板皱屈单元厚度方向各层材料积分点的第一主应变ε1和第二主应变ε2，绘制应变路径图，同时，记录各金属层应变路径的分叉时刻t1、t2、t3；
[0022]步骤35：根据有限元模拟结果确定应力中性层位置；由垂直于皱脊方向的面内正应力沿厚度方向的变化曲线和复合板厚向位移随时间变化图共同确定应力中性层的位置P
α
；并记录应力中性层所在金属层应变路径分叉时刻t
α
；
[0023]步骤4：根据应力中性层位置确定双金属复合板临界起皱应力应变结果；
[0024]步骤41：根据应力中性层所在金属层应变路径分叉时刻t
α
确定整体双金属复合板的临界起皱时刻t
CA
，具体如下所示：
[0025]t
CA
＝t
α
；
[0026]式中：t
CA
表示整体双金属复合板的临界起皱时刻；t
α
表示应力中性层所在金属层应变路径分叉时刻；
[0027]步骤42：根据整体双金属复合板的临界起皱时刻t
CA
提取此时双金属复合板的应力σ
′
m
和应变ε
′
m
，获得双金属复合板临界起皱应力应变结果。
[0028]可优选的是，所述步骤1中双金属复合板的板材性能参数包括：双金属复合板整体的应力σ
m
、双金属复合板整体的应变ε
m
、第一金属层HV
I
、第二金属层HV
II
和混合金属层的硬
度HV
I
‑
II
。
[0029]可优选的是，所述步骤2中的根据混合法则确定第一金属层、第二金属层和混合金属层的应力，具体为：
[0030]根据双金属复合板厚度方向单向拉伸受力情况计算分层应力应变关系，在双金属复合板拉伸过程中，双金属复合板受到的总载荷F满足方程，如下所示：
[0031]F＝σ
m
A
m
＝σ
I
A
I
+σ
I
‑
II
A
I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于双金属复合板临界起皱应力应变的确定方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：获取双金属复合板的板材性能参数；对双金属复合板进行单向拉伸试验，获取双金属复合板整体的应力σ
m
和应变ε
m
；对双金属复合板进行显微硬度试验，通过硬度沿厚度方向的分布情况，准确获得第一金属层硬度HV
I
、第二金属层硬度HV
II
和混合金属层的硬度HV
I
‑
II
；步骤2：利用混合法则建立第一金属层、第二金属层和混合金属层的应力应变关系；根据混合法则确定第一金属层、第二金属层和混合金属层的应力，如下所示：式中：σ
I
表示第一金属层的应力；σ
II
表示第二金属层的应力；σ
I
‑
II
表示混合金属层的应力；F表示双金属复合板受到的总载荷；HV
I
表示第一金属层的硬度；HV
II
表示第二金属层的硬度；HV
I
‑
II
表示混合金属层的硬度；A
I
表示第一金属层的横截面积；A
II
表示第二金属层的横截面积；A
I
‑
II
表示混合金属层的横截面积；由于复合板各层拉伸方向应变保持一致，双金属复合板整体混合材料和各异质层应变满足恒等方程，如下所示：ε
m
＝ε
I
＝ε
I
‑
II
＝ε
II
；式中：ε
m
表示双金属复合板整体的应变；ε
I
表示第一金属层的应变；ε
II
表示第二金属层的应变；ε
I
‑
II
表示混合金属层的应变；则第一金属层、第二金属层和混合金属层的应力应变关系均能够用下式表示：σ＝σ0+Kε；式中：σ表示金属材料应力；σ0表示金属材料屈服应力；K表示金属材料强度系数；ε表示金属材料应变；步骤3：通过有限元分析方法确定双金属复合板的应力中性层位置；步骤31：设计双金属复合板拉伸起皱试验；步骤32：根据双金属复合板拉伸起皱试验条件建立有限元分析模拟模型；步骤33：对比有限元模拟结果和试验结果验证有限元模拟的准确性；步骤34：根据有限元模拟结果绘制各金属层应变路径；分别提取双金属复合板皱屈单元厚度方向各金属层材料积分点的第一主应变＝1和第二主应变ε2，绘制应变路径图，同时，记录各金属层应变路径的分叉时刻t1、t2、t3；步骤35：根据有限元模拟结果确定应力中性层位置；由垂直于皱脊方向的面内正应力沿厚度方向的变化曲线和复合板厚向位移随时间变化图共同确定应力中性层的位置P
α
；并记录应力中性层所在金属层应变路径分叉时刻t
α
；步骤4：根据应力中性层位置确定双金属复合板临界起皱应力应变结果；
步骤41：根据应力中性层所在金属层应变路径分叉时刻t
α
确定整体双金属复合板的临界起皱时刻t
CA
，具体如下所示：t
CA
＝t
α
；式中：t
CA
表示整体双金属复合板的临界起皱时刻；t
α
表示应力中性层所在金属层应变路径分叉时刻；步骤42：根据整体双金属复合板的临界起皱时刻t
CA
提取此时双金属复合板的应力σ
′
m
和应变ε
′
m
，获得双金属复合板临界起皱应力应变结果。2.根据权利要求1所述的用于双金属复合板临界起皱应力应变的确定方法，其特征在于，所述步骤1中双金属复合板的板材性能参数包括：双金属复合板整体的应力σ
m
、双金属复合板整体的应变ε
m
、第一金属层HV

【专利技术属性】
技术研发人员：杜冰，黄朝洋，王竞岩，刘凤华，崔海龙，杨亨艳，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：