小說環壓縮試驗方法來確定金屬材料的應力-應變關係和力學性能

Guangzhao漢¹,
Lixun蔡¹,
陳保¹,
Bo梁²,
楊律²,
Maobo黃¹&
…
Xiaokun劉¹

bwin900手机版體積34文章編號:109年(2021年)引用這篇文章

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指標細節

文摘

雖然有測試的應力-應變關係和強度的方法,這是最基本和重要的金屬材料的性質,他們的應用程序來滿足材料和管組件是有限的。在這項研究中,基於等效能量密度,一個新的無量綱彈塑性荷載位移壓縮金屬環和各向同性本構模型提出了冪律來描述幾何尺寸之間的關係,Hollomon法律參數、載荷和位移。此外,開發了一種新的測試方法來確定彈性模量、應力-應變關係,通過環壓縮試驗產量和抗拉強度。驗證了該方法的通用性和準確性在一個廣泛的虛構的材料使用有限元分析(FEA),結果表明,該方法獲得的應力-應變曲線與有限元分析程序的輸入是一致的。此外,一係列環壓縮測試進行七金屬材料。發現該方法預測的應力-應變曲線和力學性能同意單軸拉伸的結果。材料消耗低,環壓縮試驗有可能成為替代傳統的拉伸試驗時直接張力法是有限的。

介紹

各種管狀結構廣泛應用於工程因其高強度和剛度重量比率,和高的吸收能量重量比率,如核反應堆的燃料包殼管(1,2)和能量吸收器(3,4]。因此,應力等力學性能σ應變ε關係和強度的材料必須準確地評估和仔細考慮這些結構的設計。然而,它是困難的或不可能進行拉伸測試對小規模材料和管組件。因此,一個新的測試方法非傳統小標本,如小環,是必要的。

環標本樣品製備簡單,操作簡單,獲得力學性能通過環測試一直是研究工作的重點在過去四十年。王等人。5)提出了一個環箍箍張力測試方法獲得σ- - - - - -ε核燃料包殼管的關係。在該測試中,骨頭標本在一枚戒指從管中提取加工。接下來,戒指放在兩個加載d區分開的一個測試機器。然而,該方法不適合薄壁環,和結果的影響試樣和加載d區之間的摩擦。Reddy和裏德6,7,8]介紹了一個簡單的理論得到屈服強度通過環壓縮試驗(RCT)。負載P位移h曲線是通過橫向荷載應用於環標本通過兩個剛性壓板,然後屈服應力決定根據屈服載荷和應力之間的線性關係。然而,對於大多數金屬材料本構冪律,這種方法沒有得到普遍應用。隨著仿真技術的發展,Nemat-Alla [9)開發了一個experimental-numerical方法獲得σ- - - - - -ε壓縮曲線環。在這種方法中,一個虛構的σ- - - - - -ε曲線是有限元分析(FEA)輸入程序來預測P- - - - - -h曲線。然後,測試和分析曲線相比,調整輸入σ- - - - - -ε關係,直到他們同意。這個方法不能廣泛使用由於涉及到複雜的迭代計算。基於Nemat-Alla,文森特et al。10)評估氧化Zircaloy-4包層材料的力學性能,提出了一個有效的依據。陳和Cai (11,12,13,14)提出了一個理論模型的壓縮環平麵應力條件下基於能量密度等效。這個模型可以預測σ- - - - - -ε金屬材料的本構曲線冪律;然而,它並不給彈性模量測試方法的細節,環形試樣的厚度效應並不是考慮。縱向個隨機對照試驗被描述為“非官方標準”摩擦試驗方法,被廣泛用於研究批量金屬成形的摩擦行為分析(15,16),實驗(17,18和數值19,20.]。此外,環結構的能量吸收性能(21,22,23,24,25,26,27)已被廣泛研究,然而,在這些研究個隨機對照試驗的潛力沒有被突出顯示由於缺少一個彈塑性解壓縮環。

因此,這次調查的主要目的是為三維環開發一種方法,可以通過個隨機對照試驗獲得金屬材料的機械性能。為了達到這個目標,一個無量綱的彈塑性荷載位移壓縮環(EPLD-Ring)模型提出了基於能量密度等效。解決這個模型使用中包含的信息P- - - - - -h曲線產生了彈性模量、σ- - - - - -ε測試材料的關係,和力量。最後,通過有限元分析驗證了模型與廣泛的虛構的材料和通過實驗與七金屬材料。

理論模型對環壓縮

能量密度等效方法

對於一個單向加載環標本,如圖1,假設存在一個幾何點米有效變形地區Ω,能量密度的代表性體積單元(RVE) M等於平均能量密度的射頻Ω,

$ $ u_{{\文本{M}}} {=} \ int_ {0} ^ {{\ varepsilon_{{\文本{ij - M}}}}} {\ sigma_{{{文本\ {ij}}}}{文本\ d {}} \ varepsilon_{{{文本\ {ij}}}}} = U / V_{{{文本\ {eff}}}}, $ $

(1)

在哪裏u_米,σ_ij和ε_ij能量密度、應力張量和應變張量在RVE M,分別;ε_ij-M在M RVE的應變張量的變形狀態;V_effΩ的有效體積;UΩ的總變形能,給出的是哪一個

$ $ U = \ iiint_{\ω}{U \離開({x, y, z} \右){文本\ d {}} x{文本\ d{}}{文本\ d {}} z}, $ $

(2)

根據·馮·米塞斯等效原理,能量密度RVE的M在複雜應力狀態相當於在單軸應力狀態:

$ $ u_{{\文本{M}}} = \ int_ {0} ^ {{\ varepsilon_{{\文本{ij - M}}}}} {\ sigma_{{{文本\ {ij}}}}{文本\ d {}} \ varepsilon_{{{文本\ {ij}}}}} = \ int_ {0} ^ {{\ varepsilon_{{\文本{eq - M}}}}} {\ sigma_{{{文本\ {eq}}}}{文本\ d {}} \ varepsilon_{{{文本\ {eq}}}}}, $ $

(3)

在哪裏ε_eq-M在M RVE的等效應變的變形狀態;σ_情商和ε_情商分別是等效應力和應變。

結合方程式。(1)和(3),總變形能量表示為

U $ $ {=} V_{{{文本\ {eff}}}} \ int_ {0} ^ {{\ varepsilon_{{\文本{eq - M}}}}} {\ sigma_{{{文本\ {eq}}}}{文本\ d {}} \ varepsilon_{{{文本\ {eq}}}}}。$ $

(4)

彈塑性荷載位移模型

對於大多數各向同性、均勻和冪律硬化金屬材料,相當於σ- - - - - -ε幾乎一致的關係Hollomon模型:

$ $ \ sigma_{{{文本\ {eq}}}} = \左\ {\ E開始{聚集}\ varepsilon_{{{文本\ {eq}}}} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} \ varepsilon_{{{文本\ {eq}}}} \ le \ varepsilon_{{\文本{y}}}, K \ hfill \ \ \ varepsilon_{{{文本\ {eq}}}} ^ {n} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} \ varepsilon_{{{文本\ {eq}}}} > \ varepsilon_{{\文本{y}}},結束\ hfill \ \ \{聚集}\ $ $

(5)

在哪裏K是加工硬化係數(\ (K {=} E ^ {n} \ sigma_ {y} ^ {1 - n} \));E和n分別是彈性模量和應變強化指數;σ_y和ε_y分別是名義屈服應力和應變相關σ_y=Eε_y。

用情商。5)為情商。4),總變形能U推導如下:

左$ $ U = \ \{\開始{對齊}& \壓裂{{EV_{{{文本\ {eff}}}}}} {2} \ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} ^{2} & \四\ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} \ le \ varepsilon_{{\文本{y}}}, \ hfill \ \ & \壓裂{{KV_{{{文本\ {eff}}}}}} {n + 1} \離開({\ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} ^ {n + 1} - \壓裂{1 - n} {2} \ varepsilon_{{\文本{y}}} ^ {n + 1}} \右)& \四\ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} > \ varepsilon_{{\文本{y}}}。結束\ hfill \ \ \{對齊}\ $ $

(6)

當ε_eq-M遠遠大於ε_y的價值,\ ((1 - n) \ varepsilon_ {y} ^ {n + 1} / 2 \)相比還是小的\ (\ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} ^ {n + 1} \)和可以忽略。接下來,情商。6)簡化如下:

U $ ${=} \左\{{聚集}\ \開始壓裂{{EV_{{{文本\ {eff}}}}}} {2} \ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} ^ {2} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} \ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} \ le \ varepsilon_{{\文本{y}}}, \ hfill \ \ \壓裂{{KV_{{{文本\ {eff}}}}}} {n + 1} \ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} ^ {n + 1} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} \ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} \ gg \ varepsilon_{{\文本{y}}}。結束\ hfill \ \ \{聚集}\ $ $

(7)

在線性彈性和彈塑性條件下,可以進行以下假設:

$ $ \ \{\離開開始{對齊}& \壓裂{{V_{{{文本\ {eff}}}}}} {{V ^ {*}}} \ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} ^ {2} = k_{{0}} \離開({\壓裂{h} {{h ^{*}}}} \右)^{2}& \四{\文本{線性彈性,}}\ hfill \ \ & \ \{\離開開始{對齊}& \壓裂{{V_{{{文本\ {eff}}}}}} {{V ^ {*}}} = k_{1} \離開({\壓裂{h} {{h ^{*}}}} \右)^ {{k_ {2}}} \ hfill \ \ & \ varepsilon_{{\文本{eq - M}}} = k_{3} \離開({\壓裂{h} {{h ^{*}}}} \右)^ {{k_ {4}}} \ hfill \ \ \{對齊}\正確的結束。& \四文本{彈塑性,}}{\ \ hfill \ \ \{對齊}結束\ $ $

(8)

在哪裏V^*特點是體積,V^*=一個^*h^*;一個^*和h^*分別特征麵積和長度;一個^*=βBD(1−ρ²),h^*=D,在那裏B和D分別的厚度和直徑;ρ是直徑比;β是厚度影響係數;k₀是彈性變形係數;k₁和k₂分別是有效容積係數和指數;k₃和k₄分別是等效應變係數和指數。

用情商。8)為情商。7),U推導如下:

左$ $ U = \ \{\開始{對齊}& \壓裂{{EV ^ {*}}} {2} k_{{0}} \離開({\壓裂{h} {{h ^{*}}}} \右)^{2}& \四{\文本{線性彈性,}}\ hfill \ \ & \壓裂{{KV ^ {*}}} {n + 1} k_ {1} k_ {3} ^ {{+ 1} {n}} \離開({\壓裂{h} {{h ^{*}}}} \右)^ {{k_{4} \離開({n + 1} \右)+ k_{2}}} & \四{\文本{彈塑性}}{。}\ hfill \ \ \{對齊}結束\ $ $

(9)

根據功能原理,W=U位移的導數,對雙方的情商。9),推導出的荷載位移關係如下:

左$ $ P = \ \{\開始{對齊}& EA ^ {*} k_{{0}} \壓裂{h} {{h ^{*}}} & \四{\文本{線性彈性,}}\ hfill \ \ & KA ^{*} \壓裂{{k_ {1} k_ {3} ^ {{+ 1} {n}} \離開[{k_{4} \離開({n + 1} \右)+ k_{2}} \右]}}{n + 1} \離開({\壓裂{h} {{h ^{*}}}} \右)^ {{k_{4} \離開({n + 1} \右)+ k_{2} - 1}} & \四{\文本{彈塑性}}{。}\ hfill \ \ \{對齊}結束\ $ $

(10)

情商的重排。10)表示如下:

$ $ \ \{\離開開始{對齊}& \壓裂{P} {{P ^{*}}}{=} \左\{\開始{對齊}& \ xi_{{\文本{e}}} \壓裂{h} {{h ^{*}}} & \四{\文本{線性彈性,}}\ hfill \ \ & \ xi_{{{文本\ {ep}}}} \離開({\壓裂{h} {{h ^{*}}}} \右)^ {m} & \四{\文本{彈塑性,}}\ hfill \ \ \{對齊}\正確的結束。左\ hfill \ \ & \ \{\{對齊}& P開始^ {*}= EA ^ {*}, \ hfill \ \ & \ xi_{{\文本{e}}} = k_ {0}, \ hfill \ \ & \ xi_{{{文本\ {ep}}}} = \壓裂{K} {e} \壓裂{{k_ {1} k_ {3} ^ {n + 1} \離開({m + 1} \右)}}{n + 1}, \ hfill \ \ & m = k_{4} \離開({n + 1} \右)+ k_ {2} - 1, \ hfill \ \ \{對齊}\正確的結束。結束\ hfill \ \ \{對齊}\ $ $

(11)

在哪裏P^*是特征荷載;ξ_e是無量綱P- - - - - -h線性彈性變形下的變形係數;ξ_ep和米是無量綱P- - - - - -h分別變形係數和指數下的彈塑性變形。情商。11)的彈塑性荷載位移模型壓縮環(EPLD-Ring)。

此外,根據情商。11),對於壓縮環理想線彈性加載條件下,加載剛度年代_l(=P/h)表示如下:

$ $ S_{{\文本{L}}} = \βk_ B{0} \離開({1 - \ρ^{2}}\右)E。{\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt} $ $

(12)

參數確定

EPLD-Ring模型是一個無量綱方程關聯環的幾何尺寸(D,ρ,B),Hollomon法律參數(E,σ_y,n)、載荷和位移。中包含的六個常數模型可以直接通過有限元分析確定環壓縮標本與各種幾何尺寸和Hollomon法律參數。

有限元分析模型

有限元分析在使用商業軟件ANSYS14.5環進行了壓縮。考慮到對稱性的戒指,一個1/4建立了三維有限元分析模型,如圖2。虛構的材料有限元分析程序的輸入假設均勻和各向同性硬化;他們滿意·馮·米塞斯的標準,隻有線性彈性變形發生在死亡與彈性模量E_p。Target172和Contact173元素之間建立接觸對死的下表麵和環的外表麵,和Solid185元素被用於環的主要部分和死亡。的橫截麵環和左對稱截麵的死受到約束,和位移載荷應用於模具的上表麵。網格大小對有限元分析模型的結果分析了使用各種幾何戒指,和篩孔尺寸穩定的計算結果P- - - - - -h曲線被選中。

據EPLD-Ring模型P- - - - - -h曲線可以標準化規範化的負載,P/雙相障礙(1−ρ²)和無量綱位移,h/D,如圖3。因此,戒指的直徑是固定在隨後的參數確定步驟10毫米。

厚度的影響係數

β厚度密切相關的特點,B/D環的標本,標本的負荷容量單位厚度增加而增加B/D。對各種B/D值,P/B- - - - - -h/D曲線通過有限元分析得到,如圖4。表1列出了有限元分析的條件。

表1為確定有限元分析條件β

全尺寸表

在無量綱位移(h/D)範圍從0.05到0.15,擬合P/B- - - - - -h/D曲線的各種B/D值的冪律產生的數據數組,{B/D,C_桶},C_桶擬合係數和嗎C=βξ_ep艾德(1 -ρ²)。使用β= 1B/D= 0.1,β其他的值B/D值可以得到使用β_桶=C_桶/C_0.1。的β與B/D曲線如圖5以及它們之間的關係表示為一個反正切方程:

$ $ \β= b_左{1}\反正切\ [{b_{2} \離開(\壓裂{B} {D} \右){+}b_{3}} \右]+ b_ {4}, $ $

(13)

在哪裏b₁來b₄擬合常數(見表2)。

表2 EPLD-Ring模型參數的擬合常數

全尺寸表

彈性變形係數k₀

k₀有關死亡的彈性模量,E_p環的直徑比標本,可以通過擬合P/P^*- - - - - -h/D線性彈性變形曲線與一個線性方程。的k₀與1−ρ曲線是通過有限元分析獲得E_p固定在400 GPa,如圖6(一);之間的關係k₀和1 -ρ可以通過下麵的冪律方程來描述:k₀=一個₁(1−ρ)^一個2,在那裏一個₁和一個₂分別擬合係數和指數。我們定義E_p^*= 400 GPa的彈性模量和特征k₀^*=一個₁(1−ρ)^一個2彈性變形係數作為特征。隨後,E_p/E_p^*與k₀/k₀^*曲線如圖6(b)是通過有限元分析獲得ρ固定在0.6;之間的關係E_p/E_p^*和k₀/k₀^*可以通過下麵的冪律方程來描述:k₀/k₀^*=一個₃(E_p/E_p^*)^一個4,在那裏一個₃和一個₄分別擬合係數和指數。因此,之間的關係k₀,E_p,ρ表示如下:

$ $ k_ {0} = c_{01} \離開({1 -ρ\}\右)^ {{c_{02}}} \離開({E_{{文本\ p {}}} / E_{{文本\ p{}}} ^{*}} \右)^ {{c_ {03}}}, $ $

(14)

在哪裏c₀₁,c₀₂,c₀₃擬合常數,c₀₁=一個₁一個₃,c₀₁=一個₂,c₀₃=一個₄(見表2)。

彈塑性變形係數k₁來k₄

因為的影響E_p在彈塑性P- - - - - -h曲線是有限的,k₁來k₄隻是與直徑比,ρ,環的標本。的戒指與一個固定的標本ρ,這些變形常數可由彈塑性P- - - - - -h曲線與各種n值。表3顯示了用於確定有限元分析條件k₁來k₄環標本的ρ0.6。

表3為確定有限元分析條件k₁來k₄(ρ= 0.6)

全尺寸表

在無量綱位移範圍從0.05到0.15,擬合P/P^*- - - - - -h/D曲線的各種n值與冪律產生數據數組{n,ξ_ep},{n,米}。數據數組{n+ 1,ξ_epE(n+ 1)/K(米+ 1)},{n+ 1,米+ 1}結合有限元分析獲得的條件和情商。11)。通過擬合的關係n+ 1,ξ_epE(n+ 1)/K(米+ 1)和一個指數方程,k₁和k₃測定。k₂和k₄由擬合之間的關係n+ 1,米用線性方程+ 1。

同樣的,k₁來k₄可以直接確定不同嗎ρ值(0.625 - 0.7),如圖7。之間的關係k₁來k₄和ρ如下:

左$ $ \ \{\{聚集}開始k_ {1} = c_{11} \ρ^ {{c_ {12}}}, \ hfill \ \ k_ {2} = c_{21} \ρ^ {{c_ {22}}}, \ hfill \ \ k_ {3} = c_ {31} + c_{32} \ρ,\ hfill \ \ k_ {4} = c_ {41} + c_{42} \ρ+ c_{43} \ρ^{2},結束\ hfill \ \ \{聚集}\ $ $

(15)

在哪裏c₁₁,c₁₂,c₂₁,c₂₂,c_31日,c₃₂和c₄₁來c₄₃擬合常數(見表2)。

總之,EPLD-Ring模型的擬合常數和厚度參數是有效的戒指B在[0.1D,0.4D)和直徑比ρ在[0.6,0.7]。如果幾何尺寸(D,ρ,B)測量的戒指,然後β和k₀來k₄可以通過結合方程式計算。(13)- (15)和參數表2。事實上,通過進行調整參數β和k₀來k₄,EPLD-Ring模型可以適當的戒指尺寸不在上述範圍之內。

小說環壓縮試驗方法

彈性模量測試方法

個隨機對照試驗中,由於幹擾的初始接觸非線性、幾何尺寸錯誤,和其他因素,在初始加載階段的線性彈性條件P- - - - - -h曲線難以滿足;因此,彈性模量E通過初始加載剛度年代_l的ph測試曲線是很難實現的。使用最初的卸載剛度年代_u在裝卸測試計算E在彈塑性壓痕問題很常見28,29日]。因此,這種方法應用在我們的調查。

在裝卸測試環壓縮,冪律方程,P_u=啊_u^t被用來適應unloading-stage的數據點P_u- - - - - -h_u曲線。年代_u表示如下:

$ $ S_{你}= \壓裂{{{文本\ d {}} P_{你}}}{{{{d}} \文本h_{你}}}\左| {_ {{h_{你}= h_ {u \馬克斯}}}}\。= ath_ {u \馬克斯}^ {t - 1}, $ $

(16)

在哪裏一個和t的擬合係數和指數嗎P_u- - - - - -h_u曲線,分別h_umax在初始位移的卸貨點嗎P_u- - - - - -h_u曲線。結果表明,存在一個比例關係年代_l和年代_u:

$ $ S_ {L} = \αS_{你}$ $

(17)

其中α是剛度比,可以確定通過多級裝卸測試和已知的戒指嗎E。

多級裝卸cr2ni4mov 30日進行了測試EGPa是202和7075E是72 GPa。的P- - - - - -h不同的曲線,α值h/D值如圖8。結果表明,無量綱位移α大約是常數(h/D)範圍的0.01到0.05,平均值α_米是0.967。因此,根據方程式。(12)和(17),E可以得到如下:

$ $ E = \壓裂{{\ alpha_{{\文本{m}}} S_{{\文本{你}}}}}{{\βk_ B{0} \離開({1 - \ρ^{2}}\右)}}{\ kern 1 pt} {\ kern 1 pt}, $ $

(18)

在哪裏β和k₀可以計算與情商。13),情商。14),參數表2。

彈性模量測試方法

根據情商。11),σ_y和n推導如下:

左$ $ \ \{{聚集}\ \開始sigma_{{\文本{y}}}左= \[{\壓裂{{\ xi_{{{文本\ {ep}}}} E ^ {1 - n} \離開({n + 1} \右)}}{{k_ {1} k_ {3} ^ {n + 1} \離開({m + 1} \右)}}}\右]^{{1 / \離開({1 - n} \右)}},\ hfill \ \ n = \壓裂{{\離開({m + 1} \右)——k_ {2} - k_ {4}}} {{k_ {4}}}, \ hfill \ \ \{聚集}\正確的結束。{\ kern 1 pt} $ $

(19)

在哪裏k₁來k₄可以計算與情商。15)和表2。

鋼,ξ_ep和米獲得使用冪律方程適合嗎P- - - - - -h曲線通過個隨機對照試驗中獲得的h/D0.05 - -0.15的範圍;輕合金,合適的範圍是0.07 - -0.15。接下來,根據情商。19),Hollomon法律參數σ_y和n是收購。此外,加工硬化係數K和σ- - - - - -ε曲線可以根據情商。5)。的屈服強度R_p0.2指的是由ISO 6892標準中推薦的方法,和抗拉強度(30.]從Hollomon法計算參數如下:

$ $ R_{{\文本{m}}} = K \離開({n /{\文本{e}}} \右)^ {n}, $ $

(20)

e是自然常數,e = 2.718。

結果與討論

有限元分析驗證

核實小說個隨機對照試驗模型的通用性和準確性,廣泛的虛構的材料本構關係在有限元分析程序輸入環與各種幾何尺寸。使用部分的方法4.2,Hollomon法律可以通過擬合參數P- - - - - -h使用有限元分析獲得的曲線,然後輸入σ-ε曲線與預測曲線進行比較,如圖9。對各種幾何尺寸(環D,ρ,B)和Hollomon法參數(ε_y,n),預測之間的擬合優度σ- - - - - -ε輸入曲線和本構關係的有限元分析程序比99%在大多數情況下,最低的為97.2%n= 0.4,如圖9(c)。

實驗驗證

實驗條件

傳統的拉伸測試和相關的七種金屬材料,包括五鋼、鈦合金、鋁合金。兩個測試進行MTS 809試驗機,MTS 634.11 f-24伸長計是用來測量環試件的位移,如圖10。四種樣品加工,這些標本的名義尺寸{D,d,B}(單位:毫米):{6 4 1},B -{1} 8日5日,C -{10 6 1},和D -{10 6 2},一微米是用來精確測量的尺寸標本前測試。模具材料40鉻E_p= 210 GPa。基本力學性能和Hollomon法參數的七個金屬材料拉伸試驗獲得的列在表中4。

表4基本力學性能和Hollomon法律七金屬材料的參數

全尺寸表

實驗結果和討論

環進行壓縮試驗以恒定位移速率的0.18毫米/分鍾。每個實驗條件四個樣本進行測試,一個用於確定彈性模量E使用裝卸測試和對法律確定Hollomon其餘三個參數(σ_y,n使用一個單調加載試驗)。的P- - - - - -h曲線的測試數據所示11和12,分別。

通過部分的方法4.1、彈性模E的七個材料計算和表中列出5。可以看出彈性模預測通過環壓縮試驗方法都是接近獲得通過傳統的拉伸測試,這兩個結果之間的相對誤差小於3%,大多數情況下,最大誤差是5.6%。此外,多個裝卸測試一個樣品也可以用來確定彈性模量和平均值作為最終結果。

表5對比預測彈性模和那些通過傳統的拉伸測試

全尺寸表

圖12清楚地表明,P- - - - - -h曲線的三個平行試樣具有相同的幾何尺寸和材料是一致的;因此,根據部分4.2,三個平行樣品的平均預測值作為最終的測試結果,如圖13。預測的σ-ε曲線的七個金屬材料在良好的協議與傳統的拉伸試驗結果,兩條曲線之間的擬合優度比99%在大多數情況下,最低的是16 mnr 95.4%,如圖13(一)。

基於截麵的方法4.2,產量和七種金屬材料的抗拉強度,如圖14。可以看出錯誤的產量優勢R_p0.2相關的和傳統的拉伸試驗得到的大多是在六個金屬材料內分別3%和8%,除了Q345E大約16%的錯誤。這種差異的原因是,在這項研究中采用的本構模型不能充分描述σ-ε產量高原附近的關係。的抗拉強度R_米通過相關的和傳統的拉伸測試是在3%。

總之,對於各向同性材料本構冪律,這部小說環壓縮試驗在這項研究中提出的方法可以有效地預測彈性模量、優勢和σ-ε的關係,和材料σ-ε關係有一個明顯的產量高原,這個方法可以作為參考。

結論

(1)
在目前的研究中,無量綱彈塑性荷載位移模型三維壓縮環,提出了基於能量密度等效。模型中包含六個常量通過有限元分析可以確定。
(2)
兩個金屬環的壓縮試驗結果表明,初始理論環剛度成正比的卸載剛度在卸載點ph曲線h/D0.01 ~ 0.05的範圍。因此,一種新的環壓縮方法被開發來獲得彈性模量、應力-應變關係,和金屬材料的優勢。通過有限元分析方法驗證各種虛構的材料和七個金屬材料,通過實驗,提出了一個有效的依據。
(3)
因為他們的材料消耗低、毫米環標本有可能確定小額材料的機械性能和管組件。

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下載參考

確認

不適用。

資金

由中國國家自然科學基金(批準號11872320和11872320)。

作者信息

作者和聯係

應用力學和結構安全四川省重點實驗室,西南交通大學,610031年,中國成都
韓Guangzhao Lixun Cai,陳包,黃Maobo & Xiaokun劉
中航工業試金石測試技術創新(披上)有限公司、廊坊,065300年,中國
Bo梁&楊律

作者

Guangzhao漢

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Lixun蔡

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陳保

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Bo梁

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楊律

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Maobo黃

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Xiaokun劉

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貢獻

GH和LC負責整個研究;CB負責和提供所有支持的實驗條件;MH、提單、YL輔助實驗和模擬,XL進行校對和做了一些修訂;所有作者閱讀和批準最終的手稿。

作者的信息

Guangzhao漢族,生於1994年,目前是博士生應用力學和結構安全四川省重點實驗室,西南交通大學,中國。

Lixun Cai,生於1959年,目前是教授和博士生導師應用力學和結構安全四川省重點實驗室,西南交通大學,中國他的研究興趣包括疲勞和斷裂力學、彈塑性力學理論和測試方法對小型材料。

陳包,生於1982年,目前是副教授應用力學和結構安全四川省重點實驗室,西南交通大學,中國他的研究興趣包括結構完整性評價和斷裂韌性測試理論。

博梁,生於1983年,目前是研究員中航工業試金石測試技術創新(披上)有限公司,中國。

楊律,生於1985年,目前一個研究助理中航工業試金石測試技術創新(披上)有限公司,中國。

Maobo黃,生於1998年,目前是博士生應用力學和結構安全四川省重點實驗室,西南交通大學,中國。

Xiaokun劉,生於1991年,目前是博士生應用力學和結構安全四川省重點實驗室,西南交通大學,中國。

相應的作者

對應到Lixun蔡。

道德聲明

相互競爭的利益

作者聲明沒有競爭的經濟利益。

權利和權限

開放獲取本文是基於知識共享署名4.0國際許可,允許使用、共享、適應、分布和繁殖在任何媒介或格式,隻要你給予適當的信貸原始作者(年代)和來源,提供一個鏈接到創作共用許可證,並指出如果變化。本文中的圖片或其他第三方材料都包含在本文的創作共用許可證,除非另有說明在一個信用額度的材料。如果材料不包括在本文的創作共用許可證和用途是不允許按法定規定或超過允許的使用,您將需要獲得直接從版權所有者的許可。查看本許可證的副本,訪問http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。

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漢族,G。,C一個i, L., Bao, C.et al。小說環壓縮試驗方法來確定金屬材料的應力-應變關係和力學性能。下巴。j .機械工程。Eng。34109 (2021)。https://doi.org/10.1186/s10033 - 021 - 00622 - y

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收到了:2020年12月30日
修改後的:2021年9月14日
接受:2021年10月12日
發表:2021年11月20日
DOI:https://doi.org/10.1186/s10033 - 021 - 00622 - y

關鍵字

環壓縮
能量密度等效
應力-應變關係
強度
金屬材料

小說環壓縮試驗方法來確定金屬材料的應力-應變關係和力學性能

文摘

介紹

理論模型對環壓縮

能量密度等效方法

彈塑性荷載位移模型

參數確定

有限元分析模型

厚度的影響係數

彈性變形係數k0

彈塑性變形係數k1來k4

小說環壓縮試驗方法

彈性模量測試方法

彈性模量測試方法

結果與討論

有限元分析驗證

實驗驗證

實驗條件

實驗結果和討論

結論

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