[发明专利]一种确定金属材料各向异性和拉压非对称性特征的方法

说明书

本发明公开了一种确定金属材料各向异性和拉压非对称性特征的方法，方法包括对材料进行常规的单轴拉伸和单轴压缩试验，以及通过EBSD确定单轴拉伸和单轴压缩条件下的微观组织信息、织构分布信息，结合基于VPSC模型的虚拟实验，即可获得材料的各向异性和拉压非对称性特征。本发明简化了传统测量方法需要设计特殊的测试试样和测量装置，沿材料不同方向进行大量的测量试验的过程，操作简单，节约了成本；测量精度高，可靠性强；同时本发明可适用于薄壁管材。

技术领域

本发明涉及一种金属材料性能的确定方法，具体涉及一种确定金属材料各向异性和拉压非对称性特征的方法。

背景技术

近年来，我国航空、航天、航海、高速列车、核电等高端制造业迅速发展，迫切要求塑性成形制造零构件朝着高性能、轻量化、高精度、低成本、高效率、能源高效利用与资源节约型、环境友好的方向发展。因此，现今塑性成形技术研发的核心前沿聚焦在高性能轻量化构件精确塑性成形成性一体化制造。然而，现有的多数金属材料特别是金属板材在变形过程均表现出显著的各向异性和拉压非对称性及其扭曲演化，在加工过程中极易出现失稳起皱、减薄破裂等缺陷，导致材料成形极限难以提高，成形构件质量难以控制，难以实现高性能轻量化构件的高质量低成本精确塑性成形。这就需要获得材料准确的各向异性和拉压非对称性参数，以实现材料塑性变形行为的准确预测和精确控制。

材料各向异性和拉压非对称性的相关研究，一直受到大量科研工作者的重视。经过对现有技术的检索发现，授权公告号为CN104215583A的发明创造中公开了一种岩石各向异性测量装置及其使用方法，该装置利用激光照射岩石产生的电压变化对岩石样品的各向异性特性进行分析，但该装置只适用于岩石材料各向异性特征的测量。F.Barlat等人在International Journal of Plasticity第21卷，1009-1039页发表的Lineartransformation-based anisotropic yield functions论文中采用单向拉伸试验、单向压缩试验、双向拉伸试验和双向压缩试验测量金属板材的各向异性参数。X.L.Cui等人在TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology上发表的论文Determination of mechanical properties of anisotropic thin-walled tubes underthree-dimensional stress state通过液压胀形试验测量金属管材的各向异性特性。但上述论文中的测量方法需要设计特殊的测试试样和测量装置，进行大量的测量试验，且测量方法复杂，成本高。因此，如何简单、快速、有效的获得金属材料的各向异性特征和拉压非对称性特征，是目前金属材料塑料成形领域急需解决的问题。

专利CN107024401A基于努氏硬度确定拉伸试验，只能获取大应变下材料的各向异性特征，此专利只是进行了定性确定，并不能对材料进行应变量的确定；同时不能确定其他加载方向上的单轴拉伸、压缩应力应变曲线。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定金属材料各向异性和拉压非对称性特征的方法，解决定量和其他加载方向的问题。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种确定金属材料各向异性和拉压非对称性特征的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)对材料分别进行拉伸、压缩试验，分别得到材料的拉伸应力应变曲线和压缩应力应变曲线；

(2)基于电子背散射衍射EBSD分析，获得材料拉伸和压缩变形过程中某一应变下的微观组织信息、织构分布、孪晶体积分数信息；

(3)基于VPSC框架，建立材料的VPSC模型，输入材料的初始组织信息文件、确定材料变形模式及初始参数、设置加载条件，通过运行得到应力应变曲线和织构分布；