[发明专利]一种测定金属材料在拉扭组合预加载下后继屈服的方法

说明书

本发明公开一种测定金属材料在拉扭组合预加载下后继屈服的方法，其采用拉扭预比例加载路径测定后继屈服面及其演化规律，具体步骤为：(1)制备空心圆管拉伸‑扭转组合试验试样；(2)测定单轴拉伸和纯扭转应力‑应变曲线，确定拉伸和扭转屈服强度；(3)测定初始屈服面；(4)确定预拉伸‑扭转预加载路径，完成拉伸‑扭转预加载：(5)测定后继拉伸应力‑应变曲线，得到经过预加载后的屈服应力，计算正应力和切应力屈服值。采用本发明的比例加载路径测定的屈服面可以很好的反映金属材料在组合加载条件下塑性变形的各向异性行为，特别适用于预变形后各向异性行为较强的金属材料。

技术领域

本发明涉及力学试验屈服面测定技术领域，具体涉及一种使用纯拉，纯扭，预45°比例加载路径下金属材料屈服面的测定方法。

背景技术

由于工程结构服役过程中所经受的载荷非常复杂，在结构的安全性设计过程中，准确计算材料的非线性变形行为是设计的基础，开展复杂加载历史条件下钢结构的变形和失效具有重要意义。为了更好地描述材料的塑性诱导各向异性变形过程，需要结合试验和塑性理论对复杂加载路径下的变形过程进行系统研究。材料的屈服、塑性流动和硬化规律的研究是塑性本构理论研究的主要内容，而其中对屈服及后继屈服面演化的分析是重要的基础，由此可更深入地研究材料塑性变形过程中的各向异性硬化现象。

屈服面试验的试验方法主要有单试样法和多试样法。单试样法要求在微小塑性变形下进行屈服应力探测，尽量减小多路径多次加载下的塑性累积，因此只能得到材料预加载后的初始屈服面；多试样法适合材料力学性能离散性较小的情形，能够得到预加载后的初始屈服面和硬化全过程。要保证材料后继屈服面的测试结果与测试过程无关，应该采用多试样法。屈服定义的方法对得到的屈服面有着明显的影响。最常用的有三种定义方法：回推法、比例极限法和偏移应变法。对于有明显屈服点的应力应变曲线，一般采用比例极限法确定屈服应力；对于没有明显屈服过程的应力应变曲线，一般采用偏移应变法确定其屈服应力。由于试验方法较多，不同的专家学者对屈服面的描述存在较大差异，且在单轴加载以及复杂加载路径下屈服面的测试方法也存在较多问题。

综上所述，现有的屈服面测定方法不能准确描述屈服面特征和反映后继屈服面的演化过程。

发明内容

针对上述存在问题，本发明旨在提供一种测定金属材料在拉扭组合预加载下后继屈服的方法，该方法所测定的屈服面可以很好地反映金属材料在塑性行为中产生的各向异性硬化规律、准确描述屈服面以及后继屈服面的演化过程。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

采用单轴拉压预加载路径测定后继屈服面演化规律，具体步骤如下：

(1)制备24个空心圆管拉伸-扭转组合试验试样；

(2)取与所绘制初始屈服面点数相同的试样个数即8个试样，各试样分别加载直至屈服，使用偏移应变法在拉伸和扭转应力-应变曲线取到相应的坐标，绘制出初始屈服面；其中有2根试样为单轴拉伸和扭转加载，可得到单拉和纯扭加载测定拉伸和扭转应力-应变曲线；

(3)确定拉扭预加载路径，完成预拉伸-扭转预加载：根据初始屈服面，先在步骤(2)中拉伸应力-应变曲线的塑性阶段任取某一应力或等效应变值作为预拉伸值，再在弹性区域靠近塑性区域附近任取一不使材料发生反向硬化的应力或等效应变值作为预卸载值，加载路径即为先拉伸到保持载荷，再卸载到预卸载值，然后根据设定组合比例完成各个角度加载，加载到指定阶段，完成预拉伸-扭转预加载；

(4)设定拉扭组合加载比例，按步骤(3)进行预拉伸-扭转预加载和卸载，沿16个角度测定16个试样的后继应力-应变曲线，确定出后继加载的拉伸和扭转屈服强度，在正应力-切应力平面内给出16个屈服点的坐标，连接散点绘制出相应的后继屈服面。