[发明专利]金属材料各向异性屈服及硬化本构参数同步表征方法

摘要

本发明公开了一种金属材料各向异性屈服及硬化本构参数同步表征方法，用于解决现有金属材料参数表征方法实用性差的技术问题。技术方案是设计适当的试件构型，使试件在简单的拉伸或压缩载荷作用下同时产生丰富的正应变和剪切应变，且在一定的压缩应变范围内试件面外变形处于较低水平，从而实现仅结合一次循环拉伸‑压缩实验和一次单向拉伸实验，即可利用虚场法同步表征金属材料数量众多的各向异性屈服和各向异性塑性硬化本构参数。与背景技术各向异性参数表征方法相比，本发明仅在一台单轴试验机上即可完成，无需双轴拉伸机、液压膨胀试验机、剪切实验装置等，简化了实验设备和实验过程。实用性好。

主权项

1.一种金属材料各向异性屈服及硬化本构参数同步表征方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在矩形板件上去除部分材料形成试件构型，所述试件构型在单向拉伸及压缩载荷作用下同时产生正应变及剪切应变，且在压缩载荷作用下试件构型的面外压弯变形量小，且为对称构型，避免由拉伸及压缩载荷引起的试件构型面内扭转；步骤二、沿板材轧制方向按照步骤一设计的试件构型加工出试件1，垂直于板材轧制方向按照步骤一设计的试件构型加工出试件2；步骤三、在万能试验机上沿板材轧制方向对试件1进行两个循环的循环拉伸‑压缩实验，实验过程中，采用数字图像相关全场变形测量系统获取试件拉伸‑压缩全过程的变形场，对于准静态载荷作用，图像采样频率取1Hz，同时，在试验机上获取每个图像采样时刻整体的拉伸/压缩载荷值T，随后基于变形场数据计算出试件的对数应变场；步骤四、在万能试验机上对试件2进行单向拉伸实验，采用数字图像相关全场变形测量系统获取试件单向拉伸全过程的应变场并记录相应图像采样时刻的整体拉伸载荷值T，随后基于变形场数据计算出试件的对数应变场；步骤五、针对单向拉伸加载和循环加载分别选取各向异性屈服模型和各向异性塑性硬化模型；步骤六、采用虚场法构建各向异性塑性本构参数识别算法；建立目标函数其中N_j为总加载步数，t为加载时间，为应力率，b为试件厚度，A为试件变形场测量区面积，载荷T作用于边界上，U^*为所选取的虚位移场函数，ε^*为相应虚位移场所求导得到的虚应变场函数，X为所需表征的未知本构参数向量；目标函数g(X)中，应力张量的增量dσ通过以下关系由应变张量的增量dε求得，上式中Q为材料的刚度矩阵，表示张量外积；目标函数g(X)中，虚位移场和虚应变场为自定义的已知函数，载荷T由试验机系统测得，应力场σ由测得的应变场ε通过所事先选取的本构关系所替代，基于最小二乘法通过循环修正未知本构参数的初始猜测值，求得所选取本构模型中未知的本构参数；步骤七、将循环拉伸‑压缩实验中测得的试件1应变场和载荷数据代入所构建的非线性运动硬化模型参数识别算法，选定虚场，并选定模型中各向异性塑性硬化参数的初始猜测值，启动目标函数最小化运算，待运算收敛后获得循环加载下材料各向异性塑性硬化本构参数；步骤八、将循环拉伸‑压缩实验中试件1第一个拉伸阶段的应变场和载荷数据，以及单向拉伸实验中试件2的应变场和载荷数据共同代入所构建的各向异性屈服模型参数识别算法，选定模型中各向异性屈服参数的初始猜测值；建立目标函数时选取多个不同的特征虚场，提高目标函数中各应力分量及其相对应的各向异性参数的权重，进而提高各向异性屈服参数的表征精度；启动目标函数最小化运算，待运算收敛后获得单向加载下材料各向异性屈服参数。