[发明专利]一种多重效应作用下材料应力应变曲线的获取方法

说明书

本发明属于材料力学性能测试技术领域，更具体地，涉及一种多重效应作用下材料应力应变曲线的获取方法。通过控制电磁成形过程中的放电参数，在保证应变率、电流和温升一致的情况下将整个材料从发生塑性变形到破裂的完整过程切分成足够多的、层层递进的小过程。在直接测量每个小过程获得的材料力学特性数据点后，通过数据拟合得到高速电磁成形下材料完整的应力应变曲线。将直接测量与间接测量各自的优势互补，提出了一种测量结果准确度较高且对设备要求很低的材料应力应变曲线获取方法。

技术领域

本发明属于材料力学性能测试技术领域，更具体地，涉及一种多重效应作用下材料应力应变曲线的获取方法。

背景技术

电磁成形技术将金属板材置于脉冲磁场中，板材中会产生感应电流，脉冲磁场和感应电流的相互作用产生电磁力对金属板件进行加工成形。由于金属板材中有感应电流存在，焦耳热的作用可使材料温度达到几百摄氏度的高温，同时瞬时的脉冲电磁力可以使金属板件应变速率达到10³/s以上。因此电磁成形过程是电磁场、温度场、结构场多场耦合的变形过程，存在着温度场对材料的软化效应、电磁场（电流）的电塑性效应以及高应变速率下的硬化效应，其中电塑性效应指的是当金属等材料加载电流或电场后成形性能发生显著变化（如塑性提高、变形抵抗降低）的现象。因此获取材料在多重效应（包括电流、温度、高速电磁力）作用下的力学特性对指导电磁成形工艺优化有很大价值。

现有技术在测量多重效应作用下的力学性能时，有直接和间接测量两种方法。中国专利CN202010697594公开了高温高应变率下钛合金材料应力应变曲线测试装置及方法，通过控制两套脉冲电源的放电时序和放电电压实现不同温度和应变速率下钛合金的电磁成形，并利用高速数字摄像机和高速红外测温仪采集温度、应变率、应变、应力数据，经过数据处理系统进而得到应力应变曲线。该发明通过高速相机记录电磁成形过程，是一种直接测量方法，针对一般的成形过程是比较实用的。但通常高速相机的分辨率不够高，对于高速薄壁材料的成形过程拍摄不够清晰，测算应变存在一定误差，无法满足薄壁材料的应变测量。

中国专利CN20191019678公开了一种预测材料高温高应变速率下的应力应变曲线的方法，通过已获取的常温常压下的材料低速和高速拉伸应力应变曲线，利用分子动力学方法对曲线进行拟合，保存最佳的仿真参数，利用此仿真参数模拟高温高应变率下材料的应力应变曲线。但是通常材料在高温和高应变速率下，材料的力学性能会发生很大的变化，且电磁成形中还存在着电塑性效应，故仿真无法代替实际测试，间接测量方法不够准确。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种多重效应作用下材料应力应变曲线的获取方法，解决了现有技术直接测量方法通常由于高速相机的分辨率不够高，无法满足薄板材料的应变测量；以及仿真无法代替实际测试，导致间接测量方法不够准确等的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多重效应作用下材料应力应变曲线的获取方法，包括如下步骤：

（1）材料试样在电流和背景磁场共同作用而提供的电磁力作用下发生变形，通过实验确定材料试样从初始状态到发生变形断裂的完整变形过程中，试样的变形相关参数随着时间的变化关系曲线，获得完整变形过程的总应变数值；所述变形相关参数为所述材料试样在变形过程中受到的电磁力，或者为决定该电磁力大小的相关参数；

（2）根据步骤（1）获得的总应变数值将该完整变形过程划分为若干个子变形过程，每一个子变形过程的子应变数值不同，且均小于试样在完整变形过程中的总应变数值；每一个子变形过程的变形相关参数随着时间的变化关系曲线的上升沿落在所述完整变形过程的变形相关参数随着时间的变化关系曲线的上升沿上，并确保每一个子变形过程中试样中的温度、电流以及应变速率与所述完整变形过程在同样的放电阶段的温度、电流以及应变速率保持一致；

（3）根据步骤（2）划分确定的各子变形过程的子应变数值，通过仿真获得每一个子变形过程的放电参数；