[发明专利]一种微观尺度下金属薄板剪切大应变测试方法及系统

说明书

本发明提供了一种微观尺度下金属薄板剪切大应变测试方法及系统，涉及实验固体力学技术领域，该方法包括：试样预处理步骤：对待剪切的试样表面需要进行应变测试的区域依次进行清洁、磨光、抛光和再清洁处理；标记点制备步骤：根据测试需求确定标记点的分布和间距，在预处理后的试样测试区域制备标记点；试样变形过程采集记录步骤：采集记录试样变形过程中标记点的相对位置；应变计算步骤：根据标记点相对位置的变化计算测试区域的应变。本发明能够使得的应变结果更加接近真实情况，避免间接计算方法中存在的问题。

技术领域

本发明涉及实验固体力学技术领域，具体地，涉及一种微观尺度下金属薄板剪切大应变测试方法及系统。

背景技术

与单向拉伸测试相比，金属薄板剪切测试因其无颈缩、可实现大应变等优点受到关注，结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)这种先进的应变测试手段，剪切可以被用来进行金属薄板硬化、屈服和断裂等行为的表征，大大加深人们对薄板材料变形行为的认识。但是，近期一些研究发现，剪切测试中DIC应变计算结果与虚拟应变片尺寸(Virtual Strain Gauge Size,LVGS)参数设置相关，特别是在大应变阶段，变形集中在微区，微区应变计算结果对LVGS更加敏感。一般来说，DIC应变计算结果会随着LVGS的减小而收敛，该收敛值即被认为是测试所得值，但由于DIC测试系统性能、试样散斑尺寸和环境噪声等因素的限制，LVGS无法设置的很小，致使剪切大变形阶段应变计算结果可能未完全收敛。通过调研资料发现，目前大部分研究者进行的剪切DIC测试中,使用的LVGS值最小只能达到0.1mm左右，计算结果的收敛性难以评价。

近年来，学者们在微观尺度对金属薄板的剪切大变形应变进行了一系列的研究和测量。Ghahremaninezhad和Scales等人分别于2013年和2016年(A.Ghahremaninezhad,etal.，Int.J.Fracture,2013；M.Scales et al.，Int.J.Solids Struct.,2016.)对铝合金试样剪切变形集中区域晶粒取向进行了方向测量，计算得出微区应变，发现微区应变比DIC测试所得应变大，即DIC低估了材料的应变，但其方法存在的问题是需要对剪切变形的模式做出一定的假设，假设模式是否与实际模式一致有待考量。2017年～2020年，Rahmaan和Pathak等人通过材料微观结构取向测量和变形前后硬度测试等方法进行了一系列间接测量和计算工作(Rahmaan,T.,et al.，Int.J.Impact Eng.，2017；Pathak,N.,et al.,Exp.Mech.,2019；Pathak,N.,et al.,J.Mech.Phys.Solids,2020)，发现在剪切大应变阶段，传统DIC手段计算得到的应变比真实应变小，即DIC测试结果可能已经失真，但是，Rahmaan和Pathak等人工作的问题在于对剪切变形模式和材料力学行为进行了理论假设，在理论假设基础上才能计算得到应变，理论假设对计算结果的影响难以评估，同时，其提出的材料微观结构取向测量方法无法消除试样刚性转动对测试结果的影响，这进一步限制了其应用。

综上，目前剪切测试的DIC应变计算中存在LVGS难以进一步减小、应变间接计算结果可靠性难以评估等问题，需要一种可靠的微观尺度下的金属薄板剪切大应变测试方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微观尺度下金属薄板剪切大应变测试方法及系统，以解决上述问题。

根据本发明提供的一种微观尺度下金属薄板剪切大应变测试方法及系统，所述方案如下：

第一方面，提供了一种微观尺度下金属薄板剪切大应变测试方法，所述方法包括：

试样预处理步骤：对待剪切的试样表面需要进行应变测试的区域依次进行清洁、磨光、抛光和再清洁处理；

标记点制备步骤：根据测试需求确定标记点的分布和间距，在试样测试区域制备标记点；