[发明专利]一种测量金属拉伸试验过程中塑性应变比的方法

说明书

本发明涉及一种测量金属拉伸试验过程中塑性应变比的方法，包括以下步骤：在金属试样表面标距区域内布置散斑点制成待测拉伸试样；对拉伸试样进行拉伸试验，获得初始状态的图像作为第一图像，以及均匀塑性变形阶段的图像作为第二图像；对第一图像和第二图像的灰度场做相关性匹配可得第一图像所有像素点的位移场；对位移场进行微分计算得到标距区域内长度和宽度方向的真实塑性应变；根据拉伸过程中的体积不变原则，得到金属试样的塑性应变比。本发明具有非接触、对试样力学性能影响小、精度高、结果可靠等优点，为金属拉伸试验过程中精确测量塑性应变比（r值）提供了一种新的思路和手段。

技术领域

本发明涉及一种测量金属拉伸试验过程中塑性应变比的方法，属于材料力学技术领域。

背景技术

塑性应变比(r值)作为衡量金属板材成形性能的重要力学参数，反映的是金属薄板在某平面内承受拉力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。r值越大说明材料拉伸成形过程中宽度方向上容易变形来抵抗厚度方向上的变薄，而厚度减薄是冲压过程中材料发生断裂的主要原因之一。

由于塑性应变比(r值)表征的是材料在单向拉伸作用下宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实塑性应变的比值，而长度的变形量比厚度的变形量测量更容易、更精确，故根据体积不变原理可用长度方向的变化量来替代厚度方向的变化量。实际测量塑性应变比(r值)过程中，往往采用接触式测量，即采用引伸计装卡在试样的标距两端，通过引伸计变形来测得试样的伸长量，虽然引伸计的使用可以提高测量精度，但与试样直接接触时必然会对其力学性能造成影响，而且宽度方向的变化无法用引伸计测得，需要依赖游标卡尺等传统测量工具，从而导致测量精度与实际还是存在一定的误差。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种非接触式测量、对试样力学性能影响小、精度高、结果可靠的测量金属拉伸试验过程中塑性应变比的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种测量金属拉伸试验过程中塑性应变比的方法，包括以下步骤：

第一步、在金属试样表面的一侧均匀喷涂一层白色喷漆作为基底，待白色喷漆晾干后在标距区域的基底上布置多个散斑点，从而制成待测拉伸试样；

第二步、将所述拉伸试样的两端夹持在拉伸实验机上下横梁的钳口处，确保拉伸试样呈上下对称且垂直放置，所述拉伸试样的标距区域置于钳口中央；

第三步、对拉伸试样进行拉伸试验，拉伸速率设置低于0.008m/s；在拉伸过程中利用工业相机捕捉拍摄拉伸试样来进行数据采集，获得标距区域初始状态的图像作为第一图像，以及拉伸试样均匀塑性变形阶段标距区域的图像作为第二图像；

第四步、对第一图像和第二图像的灰度场做相关性匹配，从而找到第一图像中任一像素点对应第二图像的像素点；具体方法如下：

假设(x，y)为第一图像中某一像素点P的坐标，以像素点P为中心取一预设大小的子区域，该子区域的像素点数量为(2m+1)×(2m+1)，则相关性函数如下所示：

式中，(u，v)为像素点坐标的变化值，且像素点坐标(x+u+i,y+v+i)位于所述子区域内；I(x+i,y+i)是第一图像中像素点坐标为(x+i,y+i)处的像素值，I^*(x+u+i,y+v+i)是第二图像中像素点坐标为(x+u+i,y+v+i)处的像素值；

对u,v进行遍历，得到第一图像中像素点P相关性函数C(x,y,u,v)最小时对应的第二图像的像素点P^*，像素点P^*与像素点P的坐标向量差记为像素点P的位移向量；

对第一图像中的其他像素点重复上述操作，即可得到第一图像所有像素点的位移向量，从而形成第一图像的位移场；