[发明专利]单向加载下构元试样的等效应力、等效应变直接试验法

说明书

本发明公开了一种单向加载下构元试样的等效应力、等效应变直接试验法，涉及材料力学性能测试技术领域，它包括获取载荷‑位移曲线、计算应变、应力数据点、得到应力‑应变曲线等4个步骤，整个过程为实时获取等效应力‑应变曲线的过程，一是不同于经验关联法，不需要经验公式；二是不同于有限元辅助试验测试法，不需要复杂的迭代计算；三是不同于建立数据库法，不需要大量的有限元计算；四是不同于解析或半解析法，不需要借助完整载荷‑位移曲线所包含的材料信息才能求解材料本构关系参数，能够直接依据试验获取的载荷‑位移数据点就得到材料的应力‑应变曲线。整个方法适用于不同尺寸、不同材料的多类构元试样，具有普适性。

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种单向加载下构元试样的等效应力、等效应变直接试验法。

背景技术

材料的应力应变关系、弹性模量、屈服强度、抗拉强度等是实现结构完整性分析的基础力学关系与性能，建立不同构元试样弹塑性变形响应与材料力学性能之间的关联对于结构设计与安全评价至关重要。获取材料单轴本构关系的通常做法是从工程结构或母材上截取厘米级的标准单轴拉伸试样在试验室开展拉伸试验。目前针对各类毫微测试构元，主要存在4种技术路线获取材料基本力学性能。

经验关联法：基于大量标准拉伸试验和小尺寸构元试样试验结果，建立关联大尺寸标准拉伸试样获取的材料屈服强度、抗拉强度与小尺寸构元试样加载的屈服载荷、极限载荷之间的经验转换关系，这些经验公式难以揭示材料弹塑性变形行为的本质。

有限元辅助试验测试法：在有限元中预设材料的单轴等效应力-应变曲线经有限元分析获取构元试样的模拟载荷-位移曲线，以其试验载荷-位移曲线作为迭代目标，通过比对模拟载荷-位移曲线和试验载荷-位移曲线调整预设的材料等效应力-应变曲线。当模拟曲线与试验曲线载荷误差小于设定误差值时，此时预设的应力-应变曲线即为材料的真实等效应力-应变曲线。此方法是一种试验与有限元分析相结合的方法，需要结合有限元分析进行迭代计算。

建立数据库法：借助有限元软件，对不同本构关系参数的材料进行大量有限元分析建立构元试样载荷-位移关系数据库。对构元试样加载获取试验载荷-位移曲线，通过与数据库中载荷-位移曲线匹配提取不同应变下的等效应力，采用本构关系模型绘制完整的应力应变曲线。此方法避免了有限元辅助试验法单次试验进行有限元迭代的缺点，但建立数据库法同样不能摆脱大量有限元计算。

解析或半解析法：对于线弹性构元的静力学问题，以卡式定理、虚功原理等为代表的方法可简单直接地实现杆、梁、裂纹体等问题实现解析求解，而由于其弹塑性问题涉及材料非线性、边界条件等，解析求解十分困难。针对不同几何尺寸、不同材料的构元试样建立表征材料本构关系参数、几何尺寸、能量、载荷或位移之间关系的半解析方程是实现获取材料基本力学性能的有效方法，该方法对各类典型测试构元具有普适性，但需借助完整载荷-位移曲线所包含的材料信息求解材料本构关系参数，无法直接依据试验获取的载荷-位移数据点直接获得材料应力-应变曲线。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种不需要经验公式、迭代和大量计算，具有普适性，直接依据试验获取的载荷、位移数据点得到材料的应力-应变曲线的单向加载下构元试样的等效应力、等效应变直接试验法。

本发明采用的技术方案如下：

一种单向加载下构元试样的等效应力、等效应变直接试验法，包括以下步骤：

(1)选择构元试样，并对其进行准静态加载获取试验位移h、载荷P数据，并按顺序采集N个数据，数据编号取i，第i组位移h、载荷P数据记为(h_i，P_i)；