[发明专利]一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法

说明书

本发明涉及一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，属于材料性能检测技术领域。本发明的技术方案是：采用剪切试验无缩颈的现象，利用DOE参数优化设计与仿真模拟相结合的手段，精准地描述了高强钢加工硬化曲线，得到了真应变到1的真应力‑真应变曲线。本发明的有益效果是：得到的加工硬化曲线适合于常见路径下该材料的加工硬化能力，为高强钢在冲压成形或汽车碰撞安全的实际生产和模拟仿真提供最为准确的数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，属于材料性能检测技术领域。

背景技术

近年来，为了实现车身减重和汽车碰撞安全的双重目标，先进高强钢在车身中的应用越来越广泛。先进高强钢具有强度高，塑性差的特点。现在通常采用狗骨头型的单轴拉伸试验获得高强钢的加工硬化曲线，这种方法的优点在于快捷易操作，缺点在于只能精准地获得高强钢在均匀变形阶段的加工硬化曲线，均匀变形结束后，单轴拉伸试样出现了缩颈，拉伸试验机的接触式引伸计无法准确预测均匀延伸率后的加工硬化曲线。实际冲压零件的不同位置所经历的应变路径时复杂多样的，而常见的剪切、拉剪等应变路径下材料的应变量远超于单轴拉伸应变路径。因此仅仅由单轴拉伸实验获得的高强钢加工硬化曲线是不全面的，不足以反应高强钢的全部加工硬化水准。

发明内容

本发明目的是提供一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，对高强钢的加工硬化曲线进行了精准拟合，由于剪切试样在整个应变过程中无缩颈产生，因此巧妙地选取了剪切试验对高强钢的加工硬化曲线进行拟合，有效地解决了单轴拉伸试验由于缩颈产生而带来的缩颈后加工硬化曲线测量不准确的问题，该方法得到的加工硬化曲线适合于常见路径下该材料的加工硬化能力，为高强钢在冲压成形或汽车碰撞安全的实际生产和模拟仿真提供最为准确的数据支撑，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，包含以下步骤：

步骤a、按照ASTM E-8标准，加工单轴拉伸试样，进行单轴拉伸试验，获得单轴拉伸路径下的工程应力-工程应变曲线，提取均匀延伸率Ag值之前的工程应力-工程应变曲线，利用公式将工程应力-工程应变曲线转换真应力-真应变曲线；

步骤b、加工剪切试样，并进行剪切试验，同时采集力-位移曲线；

步骤d、利用Ludwik、Swift、Gosh或hockett-sheerby经验公式，将单轴拉伸试验获得的真应力-真应变曲线拟合外推至真应变为1，获得缩颈后高强钢的加工硬化曲线；

步骤e、利用仿真软件建立剪切试样的仿真模型，将拟合外推后的真应力-真应变曲线作为材料基本性能输入到仿真软件中，进行模拟仿真分析，提取仿真数据中的力-位移曲线，与实际剪切试验得到的力-位移曲线进行对比，分别找出高于和低于实际曲线的两种拟合方式；

步骤f、将真应变作为自变量，真应力作为因变量，在均匀延伸率后，取8-10点作为真应变的数值，真应力的上限为高的拟合公式，下限为低的拟合公式，以剪切试验的力-位移曲线为设计目标，进行DOE参数优化设计，设计50组样品点；

步骤g、将仿真得到的力-位移曲线与剪切试验的力-位移曲线相交面积最小的样品点，作为最优解，即为优化后的高强钢加工硬化曲线。

所述步骤a中，利用的公式为

。

所述步骤b中，在剪切试样上喷散斑，利用DIC技术获得剪切试验过程的材料瞬时应变分布图和力-位移曲线。

所述单轴拉伸试样和剪切试样利用线切割的方法加工，并进行打磨，避免试验加工过程中激光切割的热输入和冲裁带来的边缘质量对试验结果的影响。