[发明专利]一种钛合金材料应变硬化模型的参数识别方法

说明书

本发明公开了钛合金材料力学性能测试技术领域的一种钛合金材料应变硬化模型的参数识别方法，通过进行拉伸实验、拟合实验数据、模拟仿真计算误差，最终确定识别的模型参数，本发明提出拟合颈缩前部分实验数据的方法，克服了现有方法中拟合颈缩前全部实验数据的局限性，根据材料特性的不同分别应用分段混合模型和权重混合模型，针对具有不同硬化行为的材料，能够通过改变数据拟合范围提出混合模型的方法进行尝试，避免了现有方法中大量的计算与仿真手段，为拟合实验数据提供多种灵活多样的调整方法，具备简单、高效、精准、灵活的优势。

技术领域

本发明涉及钛合金材料力学性能测试技术领域，特别涉及一种钛合金板材应变硬化模型的参数反演识别方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐疲劳、耐腐蚀、生物相容性好等优异性能，广泛应用于航天航空、装备制造和生物医学等领域。钛合金具有多级微观组织结构，导致其塑性变形机制非常复杂，因此深入研究钛合金的弹塑性变形行为具有重要意义。

应变硬化模型常被用来描述塑性变形过程中材料的应力-应变关系，通过拟合标准单轴拉伸实验颈缩前的应力-应变数据，能够确定硬化模型的参数，然后外推至较大的应变范围。常用的应变硬化模型可分为两类，饱和型模型和幂指数型模型，结合有限元等数值模拟方法能够获得真实的应力-应变曲线。

现有技术中获取大应变范围流动曲线的方法主要有两种，分为直接法和反求法，直接法是通过实验直接测得流动曲线的应力和应变，如：通过数字图像相关等方法获取被测物体表面的变形信息，直接法对设备的测量精度要求较高，对局部区域内的应力无法直接测量；反求法需要结合实验数据，理论计算或通过有限元分析确定模型参数，并进行迭代修正，以求实验和模型计算二者的误差达到最小，反求法往往需要进行大量试算和仿真，对于不同的材料需要选择不同的方法识别其硬化行为。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种钛合金材料应变硬化模型的参数识别方法，为钛合金材料应变硬化行为提供更为便捷、灵活、全面的识别策略，在较少有限元计算的基础上确定最佳的应变硬化模型。

本发明的目的是这样实现的：一种钛合金材料应变硬化模型的参数识别方法，包括如下步骤：

步骤1，进行单轴拉伸实验和缺口拉伸实验：分别对单轴拉伸试样、缺口拉伸试样进行拉伸实验，并记录标距段的载荷和位移数据，单轴拉伸试样的工程应力和工程应变分别由公式(1)、(2)计算，通过公式(3)、(4)转换为真实应力和真实应变，由公式(5)计算出等效塑性应变，便于绘制真实应力-塑性应变曲线，

σ_tr＝σ_eng(1+σ_eng) 公式(3)，

ε_tr＝ln(1+ε_eng) 公式(4)，

其中，F为载荷，A₀为拉伸前标距段截面面积，L₀为拉伸前标距段长度，L为拉伸后标距段长度，σ_eng为工程应力，ε_eng为工程应变，σ_tr为真实应力，ε_tr为真实应变，ε_pl为塑性应变，E为弹性模量；

步骤2，拟合单轴拉伸实验颈缩前数据，识别模型参数：利用最小二乘法将应变硬化模型与单轴拉伸实验颈缩前数据进行拟合，绘制真实应力-塑性应变曲线，结合方差和判断拟合效果，方差计算如公式(6)，确定该应变硬化模型的参数，

其中，R²为方差和，σ_fit为拟合真实应力，为实验真实应力；