CN104155194B - 基于应变速率变化的flc测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于应变速率变化的FLC测试方法，包括以下步骤：获取试样的表面应变分布云图；导出各位置点的εi(t)；计算一个位置点εi(t)上各时间点的应变速率，形成分别计算出上各时间点的应变速率的一阶导数值，将所述一阶导数值中首次出现负值或者极大值时的相应时间点记为t1；重复上述步骤得到t2-tn；比较t1-tn,将其中数值重复最多的作为试样开始发生缩颈的时刻t0，在时刻t-1的表面应变分布云图上，找出试样缩颈区域的εmajor及相应的εminor作为材料的极限应变点；重复上述步骤共得到5-8个极限应变点；在主/次应变平面上标出、连接以上极限应变点得到FLC。本发明有效避免了横截面应变分布形态的影响，从而获得准确可靠的FLC。
Description
技术领域
本发明涉及FLC测试方法，具体而言是基于应变速率变化的FLC测试方法。
背景技术
材料的成形极限指材料开始发生缩颈时能够达到的极限变形程度，不同线性应变路径下获得的极限应变数据点(εmajor,εminor)在主次应变平面上构成了材料的成形极限曲线(FLC)，它是金属薄板成形性能的一项核心指标。国家标准GB/T24171.2-2009公开了一种通过横截面应变分布形态拟合计算来测量极限应变的方法(位置相关性分析方法)，此方法通过选取裂纹两边的主、次应变数据(过滤了缩颈区部分应变数据)，采用反抛物线拟合计算极限应变，其分析计算得到的极限应变依赖于横截面应变分布形态，当横截面应变分布形态不好时，其分析计算得到的极限应变就会远远偏离材料的真实极限应变，如图1所示；当出现双峰、多峰现象时，则不适合用该方法进行极限应变计算，如图2所示。而横截面应变分布的形态与材料、试样几何形状、试验条件密切相关，上述问题很难避免，这是位置相关性分析方法固有的不足。因此，提出一种避免横截面应变分布形态影响的基于应变速率变化的FLC测试方法十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免横截面应变分布形态影响的基于应变速率变化的FLC测试方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于应变速率变化的FLC测试方法，包括以下步骤：
S1.将一种形状的板材试样放在成形试验机的压边模与凹模之间，进行曲面胀形试验，得到试样在不同时刻的表面应变分布云图；
S2.将步骤S1所述的表面应变分布云图输入计算机；
S3.在表面应变分布云图上试样开始发生缩颈的区域沿垂直于裂纹的方向作横截面线，所述横截面线的长度大于或等于25mm，所述横截面线至少包括35个位置点，分别导出横截面线上各位置点的主应变-时间曲线εi(t)，所述主应变-时间曲线εi(t)至少35条；
S4.取一个位置点的主应变-时间曲线εi(t)，计算出该主应变-时间曲线εi(t)上各时间点的应变速率，形成应变速率-时间曲线
S5.依时间顺序，分别计算出步骤S4所述应变速率-时间曲线上各时间点的应变速率的一阶导数值，将所述一阶导数值中首次出现负值或者极大值时的相应时间点记为t1；
S6.对其它至少34个位置点的主应变-时间曲线εi(t)，分别执行步骤S4-S5，得到至少34个相应时间点，分别记为t2-tn,式中n≥35；
S7.比较t1-tn,式中n≥35，将其中数值重复最多的时刻作为试样开始发生缩颈的时刻t0，并记t0的前一时刻为t-1时刻；
S8.在t-1时刻的表面应变分布云图上，找出试样缩颈区域的最大应变εmajor及相应的次应变εminor,作为材料的极限应变点(εmajor1，εminor1)；
S9.对其它4-7种不同形状的板材试样，分别执行步骤S1-S8，得到(εmajor2，εminor2)、(εmajor3，εminor3)、(εmajor4，εminor4)、(εmajor5，εminor5)、(εmajor6，εminor6)、(εmajor7，εminor7)、(εmajor8，εminor8)中的4-7个极限应变点；
S10.在主/次应变平面上标出步骤S8和步骤S9所述的极限应变点共5-8个，连接所述5-8个极限应变点，得到试验材料的成形极限曲线FLC。
本发明考察试样缩颈区域及附近材料的应变发展历程，通过对应变速率的变化分析确定材料开始发生缩颈失稳的时刻，有效避免了横截面应变分布形态的影响，从而获得准确可靠的材料成形极限曲线。
附图说明
图1为横截面应变分布形态影响位置相关性分析方法计算结果示意图；
图2为不适用位置相关性分析方法双峰横截面应变分布形态示意图；
图3为曲面胀形试验方法示意图；
图4为试样几何形状示意图；
图5为试样表面喷涂后的散斑图样；
图6为试样表面某时刻的应变分布云图；
图7为横截面线上不同位置点的主应变-时间曲线εi(t)；
图8为应变速率-时间曲线
图9为主应变速率-时间曲线上各时间点的应变速率的一阶导数值；
图10为基于应变速率的FLC曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例一
1.FLC在线测试
1.1试验方法
参见图3，采用Nakajima曲面胀形试验方法进行材料的成形极限测试，冲头直径100mm，冲头速度40-60mm/min，压边圈压紧试样，使得试样边部材料在试验过程中不会流入凹模内，试样主要在和冲头的接触部位发生变形流动，通过改变试样的几何形状可以在试样与冲头顶部接触的部分获得不同的应变路径。
1.2试样的制备
试验采用的材料为1.4mm的双相钢DP600，试样的形状如图4所示，可以采用冲裁、线切割等方式加工试样，试样表面要平整光滑无污渍。
1.3试样表面的处理
试样表面清洗干净后，选择一面喷涂上随机黑白散斑图样，如图5所示，图样的质量要满足表面应变分析的要求(分辨率的精度的要求)。
1.4试验数据的采集和应变计算
按照标准GB/T24171.2/ISO12004-2中Nakajima试验方法进行FLC试验，试验过程中采用在线应变测量系统进行试样表面的图像采集。注意：试验过程中图像的采集频率在10-12帧时，冲头的速度不能超过60mm/min。试样发生劈裂时停止图像的采集，针对拍摄的图像采用专业软件计算分析获得试样表面不同时刻的应变分布信息(以应变分布云图显示，如图6所示)。进行应变分析计算时，网格的原始尺寸不宜超过0.35mm(足够小的网格尺寸才能保证试样缩颈区应变的准确性)，并至少包括试样破裂前4s(约40-50张)持续时间段的应变分析结果。
2.在应变分布云图上经过裂纹的起始点垂直于裂纹作截面线
在应变分布云图上经过裂纹的起始点垂直于裂纹作截面线，截面线的长度不小于25mm，至少包括35个点。图6所示为试样表面主应变分布云图，图中作有三条截面线，取中间一条为数据分析对象。
3.获得截面线上各位置点的时间-主应变信息
按照表1的内容记录截面线上各位置点不同时刻的主应变信息。其中设定试样破裂前一张的图像所在时刻为t0，则t0－tn≥4s，紧邻破裂前的10个采样时刻的时间相差不超过0.1s，持续时间不小于1s，总的采样时刻不小于15个。
表1各点的时间-主应变历程信息
依据截面线上各位置点的时间-主应变信息作出时间—主应变曲线，如图7所示。
4.计算截面线上各位置点的时间-主应变速率曲线
截面线上各位置点的时间—主应变曲线上不同时刻点的主应变对时间求导，得到相应位置点的时间—主应变速率曲线，如图8所示。
5.计算出上述主应变速率-时间曲线上各时间点的应变速率的一阶导数值如图9所示，获得一阶导数首次出现负值的各位置点的时刻，取其中重复最多的最小时刻为t1(缩颈区域附近的点)，计算并获得主应变速率的一阶导数首次出现极大值的时刻，取其最小的时刻为t2(缩颈区域内部点)。表2中点1为缩颈区点，点3为缩颈区的边界点、点5为缩颈区附近点。
表2缩颈时刻的确定
6.取t1和t2的较小值作为材料开始发生缩颈的时刻如表2所示，此时刻对应的缩颈区最大主应变εmajor和相应次应变εminor就是材料的极限应变，按上述方法获得所有不同几何形状试样的极限应变(εmajor，εminor)，将所有的极限应变在成形极限图上连接起来即是基于应变速率分析的FLC曲线，如图10所示。
7.基于应变速率分析方法的得到的FLC同传统的位置相关性分析方法获得的FLC的区别
由图10可以看出，针对所使用的材料DP600，基于应变速率分析方法得到的FLC同传统的位置相关性分析方法得到的FLC在分布趋势上是一致的，但也存在一定的差异，主要的区别在于：(1)在深拉延区域(曲线的左边外部曲线)和等双拉区域(曲线的右边外部曲线)，传统方法(位置相关性分析方法)得到的极限应变水平要高于基于应变速率分析方法得到的极限应变。(2)在平面应变位置附近(曲线中间部分)，传统方法(位置相关性分析方法)得到的极限应变水平要低于基于应变速率分析方法得到的极限应变。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
Claims (1)
1.基于应变速率变化的FLC测试方法，包括以下步骤：
S1.将一种形状的板材试样放在成形试验机的压边模与凹模之间，进行曲面胀形试验，得到试样在不同时刻的表面应变分布云图；
S2.将步骤S1所述的表面应变分布云图输入计算机；
S3.在表面应变分布云图上试样开始发生缩颈的区域沿垂直于裂纹的方向作横截面线，所述横截面线的长度大于或等于25mm，所述横截面线至少包括35个位置点，分别导出横截面线上各位置点的主应变-时间曲线εi(t)，所述主应变-时间曲线εi(t)至少35条；
S4.取一个位置点的主应变-时间曲线εi(t)，计算出该主应变-时间曲线εi(t)上各时间点的应变速率，形成应变速率-时间曲线
S5.依时间顺序，分别计算出步骤S4所述应变速率-时间曲线上各时间点的应变速率的一阶导数值，将所述一阶导数值中首次出现负值或者极大值时的相应时间点记为t1；
S6.对其它至少34个位置点的主应变-时间曲线εi(t)，分别执行步骤S4-S5，得到至少34个相应时间点，分别记为t2-tn,式中n≥35；
S7.比较t1-tn,式中n≥35，将其中数值重复最多的时刻作为试样开始发生缩颈的时刻t0，并记t0的前一时刻为t-1时刻；
S8.在t-1时刻的表面应变分布云图上，找出试样缩颈区域的最大应变εmajor及相应的次应变εminor,作为材料的极限应变点(εmajor1，εminor1)；
S9.对其它4-7种不同形状的板材试样，分别执行步骤S1-S8，得到(εmajor2，εminor2)、(εmajor3，εminor3)、(εmajor4，εminor4)、(εmajor5，εminor5)、(εmajor6，εminor6)、(εmajor7，εminor7)、(εmajor8，εminor8)中的4-7个极限应变点；
S10.在主/次应变平面上标出步骤S8和步骤S9所述的极限应变点共5-8个，连接所述5-8个极限应变点，得到试验材料的成形极限曲线FLC。
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