[发明专利]一种提取材料力学性能的方法

摘要

本发明公开了一种提取材料力学性能的方法，该方法通过对各个可测量综合评价，选取能量比作为分析参数。利用孔洞模型和塑性力学理论，定义了一种新的代表性应变的概念。并以这个代表性应变为桥梁结合数值模拟方法，建立能量比和材料塑性力学参数之间的关系式。另外，对压深为0.2 0.3R下的Meyer关系式进行了修正。利用上述关系式，提出了两种弹塑性力学参数表征方法。本方法的最大特点，就是只利用一个球形压头，便可同时获取材料的弹性模量、屈服强度和硬化指数。对比试验表明，该方法所得结果稳定可靠，可用于实际测试。

主权项

一种提取材料力学性能的方法，具体为：1)选取分析参数：选取压入过程中的可恢复功Wu和总功Wt之比为分数；2)分析并建立关系式：$\frac{W_u}{W_t}=\Pi (\frac{U_e}{U_t}{|}_{{ϵ}_r},n)---\left(7\right)$ 利用洞扩张模型，可知畸变能在变形过程中起主导作用。根据经典塑性理论，建立压入过程中的能量比Wu/Wt与材料在单轴应力下的能量比Ue/Ut之间的关系：$\frac{W_u}{W_t}=\frac{U_e}{U_t}{|}_{{ϵ}_r}---\left(16\right)$ 并以上式定义代表性应变：${ϵ}_r={\Pi }_{ϵ}({ϵ}_y,n;\frac{h}{R})---\left(18\right)$ 3)根据对代表性应变的定义，以及大量的数值模拟结果的处理，确定关系式：εr＝A·εy+B (19)式中，A和B的大小与压深的选取有关。4)取w1和w2分别两种不同压深下的能量比，经过对数据模拟结果进行处理，可得：$\frac{w_1-w_2}{w_2}=(-48.755n^2+50.885n-12.615){ϵ}_y+0.8447n^2-1.085n+0.4397---\left(22\right)$ 5)在大压深下，取得Meyer系数m和材料力学参数之间的修正关系：m＝(-94.72n2-4.9199n+37.266)εy+37.889n+1.4616 (25)6)结合式(16)和式(22)或(25)，可求解得到εy和n的值；7)根据数值模拟结果，建立如下关系式：${ϵ}_{\mathrm{rc}}=0.00939+0.435\frac{h}{R}-1.106{\left(\frac{h}{R}\right)}^2,(0.01\le \frac{h}{R}\le 0.1)---\left(27\right)$ $\frac{F}{{\sigma }_{\mathrm{rc}}{h}^2}=C_{1}l{n}^3\left[\frac{E_r}{{\sigma }_{\mathrm{rc}}\left({ϵ}_{\mathrm{rc}}\right)}\right]+C_2{\ln }^2\left[\frac{E_r}{{\sigma }_{\mathrm{rc}}\left({ϵ}_{\mathrm{rc}}\right)}\right]+C_3\ln \left[\frac{E_r}{{\sigma }_{\mathrm{rc}}\left({ϵ}_{\mathrm{rc}}\right)}\right]+C_4---\left(28\right)$ 另外，根据材料的幂硬化本构可知：${\sigma }_{\mathrm{rc}}=E·{ϵ}_y^{1-n}·{({ϵ}_y+{ϵ}_{\mathrm{rc}})}^n---\left(29\right)$ 通过已经求得的εy和n，结合关系式(27)、(28)、(29)，可计算弹性模量。