CN106610357B - 一种金属材料屈服面的测定方法 - Google Patents

一种金属材料屈服面的测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106610357B
CN106610357B CN201611094782.5A CN201611094782A CN106610357B CN 106610357 B CN106610357 B CN 106610357B CN 201611094782 A CN201611094782 A CN 201611094782A CN 106610357 B CN106610357 B CN 106610357B
Authority
CN
China
Prior art keywords
load
stress
torsion
stretching
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611094782.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106610357A (zh
Inventor
石宝东
杨冲
彭艳
孙建亮
杨宝成
刘胜伟
梅兵
梅一兵
张祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN201611094782.5A priority Critical patent/CN106610357B/zh
Publication of CN106610357A publication Critical patent/CN106610357A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106610357B publication Critical patent/CN106610357B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/26—Investigating twisting or coiling properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0021—Torsional

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开一种金属材料屈服面的测定方法，其采用预拉伸‑扭转变形加载路径测定后继屈服面演化规律，具体步骤为：(1)根据材料力学试验标准制备拉伸‑扭转组合试验试样；(2)测定拉伸和扭转应力‑应变曲线，确定拉伸和扭转屈服强度值；(3)测定初始屈服面；(4)确定预拉伸‑扭转预变形加载路径，完成预拉伸‑扭转的预变形加载：(5)测定后继拉伸应力‑应变曲线，确定出经过预变形后的拉伸屈服强度；(6)测定后继屈服面。采用本发明的加载路径测定的屈服面表现出明显的形状改变，可以很好的反映金属材料在复杂加载方式下塑性变形各向异性行为，特别适用于力学性能各向异性行为较强的金属材料。

Description

一种金属材料屈服面的测定方法
技术领域
本发明属于力学实验屈服面测定技术领域，具体涉及一种在不同加载路径下金属材料屈服面的测定方法，尤其适用于HCP结构的金属材料测定。
背景技术
金属材料在工程应用中很多问题涉及到塑性力学理论，如金属材料的加工成形过程就是塑性变形。为了解决这些工程问题，需要了解材料的塑性变形行为。大量的研究表明，在复杂加载路径下，材料的力学性能表现出各向异性行为，而经典的塑性理论无法表征这种力学性能，因此，要对这种行为进行描述。金属材料的塑性行为都是通过对屈服面的演化规律来研究，屈服面的演化可以反映材料的屈服、塑性流变和硬化规律。因此，屈服面的测定是金属材料本构关系研究的前提。
屈服面测定的加载路径主要为比例加载、非比例加载。大多数研究者采用拉-扭组合的比例加载方式进行测定。这种加载方式虽然可以有效的确定屈服面的形状，但是不能很好地反映材料塑性变形各向异性行为，所以这种方式适用于测定各向同性材料的屈服面演化，却不太适用于具有较强的各向异性行为的金属材料，如镁合金、钛合金等。
综上所述，现有的屈服面测定方法不能很好的表征金属材料的各向异性。
发明内容
针对上述存在问题，本发明旨在提供一种金属材料屈服面的测定方法，该方法所测定的屈服面可以很好地反映金属材料塑性变形各向异性特征。
本发明的技术方案如下：一种金属材料屈服面的测定方法，采用预拉伸-扭转变形加载路径测定后继屈服面演化规律，具体步骤如下：
(1)根据材料力学试验标准制备拉伸-扭转组合试验试样；
(2)取拉伸和扭转试样分别进行单向拉伸和扭转加载，测定相应的应力-应变曲线，获得相应的屈服强度值；
(3)根据步骤(1)中拉伸和扭转应力-应变曲线在轴向拉伸弹性区域内任意选取若干个应力或应变点，各点对应的应力或应变值作为横坐标，取与所选点数相同的试样个数，各试样分别先拉伸到对应的应力或应变点的正应力值，保持载荷，再进行扭转加载直至断裂，测出相应的扭转屈服强度值作为纵坐标，绘制出初始屈服面；
(4)确定预拉伸-扭转预变形加载路径，完成预拉伸-扭转的预变形加载：根据初始屈服面，先在步骤(2)中拉伸应力-应变曲线的塑性阶段任取某一正应力或应变值作为预拉伸值，再任取一不使材料断裂的剪应力或应变值作为预扭转值，将试样先拉伸到所取的预拉伸值，保持载荷，再扭转至所取的预扭转值，然后卸载到零，再拉伸卸载到零；
(5)先按步骤(4)取一个试样进行预拉伸-扭转预变形，然后单向拉伸加载直至断裂，测定后继拉伸应力-应变曲线，确定出经过预变形后的拉伸屈服强度；
(6)根据步骤(5)中后继拉伸应力-应变曲线，在轴向拉伸弹性区域内任取若干个应力或应变点，各点对应的应力或应变值作为横坐标，取与所选点数相同的试样个数，各试样先按步骤(4)预拉伸-扭转预变形加载路径加载，再拉伸加载到相应的应力或应变点的正应力值，保持载荷，然后扭转加载直至断裂，测出相应的扭转屈服强度值作为纵坐标，绘制出相应的后继屈服面。
与现有的拉-扭组合比例加载和预拉伸或预扭转加载路径的测定方法相比，本发明这种拉-扭非比例加载测定方法不仅可以反映出各向同性材料的屈服面演化规律，也能反映出各向异性材料的屈服面演化规律，尤其适用于具有较强力学性能各向异性行为的金属材料。
附图说明
图1是屈服面示意图。
图2是初始屈服面加载路径。
图3是预拉伸-扭转预变形加载路径。
图4是后继屈服面加载路径。
图中，1-初始屈服面，2-后继屈服面，Y1、Y2、Y3、Y4-初始屈服面坐标点，A-预拉伸点，L-预扭转点，Y5、Y6、Y7、Y8、S-后继屈服面坐标点，O、C、E、H、M、N、Q-选取的拉伸应力点。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明：
本发明实施例的一种金属材料屈服面测定方法，主要包括初始屈服面1和后继屈服面2的测定，如图1所示。设σTen、σTor分别为拉伸屈服强度和扭转屈服强度，具体步骤如下：
步骤1：根据材料力学试验标准制备9个拉伸-扭转组合试验试样，分别标记为1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#，8#，9#。
步骤2：取1#试样和2#试样，然后分别进行单向拉伸和扭转加载，测出拉伸和扭转应力-应变曲线，根据拉伸和扭转应力-应变曲线，确定拉伸和扭转屈服强度和值。
步骤3：确定Y1、Y2、Y3、Y4点的坐标(ΣTen,ΣTor)，绘制如图2所示的初始屈服面。根据步骤2中拉伸应力-应变曲线在弹性区域内选取正应力值 作为点O、C、E、H的横坐标。由于点Y1、Y2处的应力状态分别对应于步骤2中单向拉伸和扭转的屈服状态，因此，和Y1、Y2点的坐标分别为(0)和(0，)。取3#试样和4#试样，将3#试样和4#试样分别拉伸到正应力值并保持载荷，然后扭转加载直至断裂，测出相应的扭转屈服强度作为纵坐标，则Y3、Y4的纵坐标剪应力值依次为测得Y2、Y3、Y4、Y1的坐标为 和根据测得的点坐标绘制出初始屈服面。
步骤4：确定图3所示的预拉伸-扭转预变形加载路径O-A-L-A-O。具体实施如下：在步骤2中拉伸应力-应变曲线塑性阶段选取一正应力值A点的坐标为(0)，位于初始屈服面Y1点的右侧作为预拉伸加载点，再任意选取不使材料断裂的剪应力值作为预扭转值，L点的坐标即为预变形加载路径O-A-L-A-O为先拉伸到正应力值保持载荷，再扭转到预扭转值然后扭转值卸载到零，再拉伸卸载到零，完成预拉伸-扭转的预变形加载。
步骤5，确定按预变形加载路径加载的后继拉伸应力-应变曲线。取9#试样按照步骤4进行预拉伸-扭转预变形，然后进行单向拉伸，直至断裂，测定后继拉伸应力-应变曲线，确定出经过预变形后的拉伸屈服强度值
步骤6，确定Y5、Y6、Y7、Y8、S点的坐标(ΣTen,ΣTor)绘制如图4所示的后继屈服面。S点处的应力状态为步骤5中9#试样单向拉伸的屈服状态，因此，S点的坐标为(0)。在步骤5中的后继拉伸应力-应变曲线弹性区域内任意选取正应力值作为点O、M、N、Q的横坐标。取5#、6#、7#、8#试样，将4个试样都按步骤4中的预拉伸-扭转预变形加载路径加载，再将4个试样分别先拉伸到相应的正应力值保持载荷，再扭转加载直至断裂，测出相应的扭转屈服强度作为纵坐标，测得Y5、Y6、Y7、Y8的坐标为根据测得的坐标绘制出的屈服面即为后继屈服面。

Claims (1)

1.一种金属材料屈服面的测定方法，其特征在于，采用预拉伸-扭转变形加载路径测定后继屈服面演化规律，具体步骤如下：
(1)根据材料力学试验标准制备9个拉伸-扭转组合试验试样，分别标记为1#，2#，3#，…，9#；
(2)取1#和2#试样分别进行单向拉伸和扭转加载，测定拉伸和扭转应力-应变曲线，确定拉伸和扭转屈服强度值；
(3)根据步骤(2)中拉伸和扭转应力-应变曲线在轴向拉伸弹性区域内任意选取2个应力或应变点，各点对应的应力或应变值作为横坐标，取与所选点数相同的试样个数即3#和4#试样，各试样分别先拉伸到对应的应力或应变点的正应力值，保持载荷，然后扭转加载直至断裂，测出相应的扭转屈服强度值作为纵坐标，绘制出初始屈服面；
(4)确定预拉伸-扭转预变形加载路径O-A-L-A-O，完成预拉伸-扭转的预变形加载：根据初始屈服面，先在步骤(2)中拉伸应力-应变曲线的塑性阶段任取某一正应力或应变值作为预拉伸值，再任取一不使材料断裂的剪应力或应变值作为预扭转值，即A点和L点的坐标分别为和预变形加载路径O-A-L-A-O即为先拉伸到保持载荷，再扭转到预扭转值然后扭转值卸载到零，再拉伸卸载到零，完成预拉伸-扭转的预变形加载；
(5)取9#试样先按步骤(4)进行预拉伸-扭转预变形，然后单向拉伸加载直至断裂，测定后继拉伸应力-应变曲线，确定出经过预变形后的拉伸屈服强度；
(6)根据步骤(5)中后继拉伸应力-应变曲线，在轴向拉伸弹性区域内任取4个应力或应变点，各点对应的应力或应变值作为横坐标，取与所选点数相同的试样个数即5#、6#、7#、8#试样，各试样先按步骤(4)中预拉伸-扭转预变形加载路径加载，再拉伸加载到相应的应力或应变点的正应力值，保持载荷，然后扭转加载直至断裂，测出相应的扭转屈服强度值作为纵坐标，绘制出相应的后继屈服面。
CN201611094782.5A 2016-12-02 2016-12-02 一种金属材料屈服面的测定方法 Active CN106610357B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611094782.5A CN106610357B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 一种金属材料屈服面的测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611094782.5A CN106610357B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 一种金属材料屈服面的测定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106610357A CN106610357A (zh) 2017-05-03
CN106610357B true CN106610357B (zh) 2019-04-26

Family

ID=58636105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611094782.5A Active CN106610357B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 一种金属材料屈服面的测定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106610357B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107271273B (zh) * 2017-05-05 2019-09-27 燕山大学 一种十字拉伸预变形加载测定屈服面的方法
CN108801772B (zh) * 2018-03-30 2021-01-08 鞍钢股份有限公司 一种用于高速拉伸载荷测试的应变片定位方法
CN109777936B (zh) * 2019-02-26 2020-11-20 东南大学 一种马氏体不锈钢超低温应变强化方法
CN110702513B (zh) * 2019-10-15 2021-06-18 吉林大学 一种金属棒材大应变范围硬化曲线的试验测量方法
CN110763567B (zh) * 2019-11-28 2021-05-07 大连理工大学 一种管材任意方向的厚向异性系数和屈服应力测定方法
CN111595696B (zh) * 2020-06-02 2021-09-10 中国科学院物理研究所 非晶合金表面层的剪切模量和层厚的测量方法及应用
CN111855434A (zh) * 2020-08-06 2020-10-30 重庆大学 一种高温材料屈服点测试方法
CN112903446A (zh) * 2021-02-03 2021-06-04 广西大学 一种测定金属材料在拉扭组合预加载下后继屈服的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201885935U (zh) * 2010-12-13 2011-06-29 济南兰光机电技术有限公司 具有能源使用监测和环境探测能力的揉搓试验仪
CN103605830A (zh) * 2013-10-19 2014-02-26 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种gh4169材料辊轧模拟用本构模型的建立方法
CN104152797A (zh) * 2014-08-14 2014-11-19 燕山大学 一种低温塑性高锰钢板及其加工方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201885935U (zh) * 2010-12-13 2011-06-29 济南兰光机电技术有限公司 具有能源使用监测和环境探测能力的揉搓试验仪
CN103605830A (zh) * 2013-10-19 2014-02-26 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种gh4169材料辊轧模拟用本构模型的建立方法
CN104152797A (zh) * 2014-08-14 2014-11-19 燕山大学 一种低温塑性高锰钢板及其加工方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
多晶Cu屈服及后继屈服拉扭实验的晶体塑性数值分析;胡桂娟;《金属学报》;20100430;全文
拉扭加载下金属材料的塑性行为——屈服面演化的试验与数值研究;胡桂娟;《中国博士学位论文全文数据库》;20140331;第24-30页。
金属的后继屈服面研究——单试样与多试样测试;胡桂娟;《固体力学学报》;20140630;全文

Also Published As

Publication number Publication date
CN106610357A (zh) 2017-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106610357B (zh) 一种金属材料屈服面的测定方法
Yoshida et al. A model of large-strain cyclic plasticity and its application to springback simulation
Park et al. Anisotropic fracture forming limit diagram considering non-directionality of the equi-biaxial fracture strain
Habibi et al. Determination of forming limit diagram using two modified finite element models
Yuan et al. Influence of specimen thickness with rectangular cross-section on the tensile properties of structural steels
Wagoner et al. Advanced issues in springback
Gutscher et al. Determination of flow stress for sheet metal forming using the viscous pressure bulge (VPB) test
Ouakdi et al. Evaluation of springback under the effect of holding force and die radius in a stretch bending test
Wang et al. Experimental study on the constitutive relation of austenitic stainless steel S31608 under monotonic and cyclic loading
Sun et al. Multiaxial fatigue damage parameter and life prediction under low cycle loading for GH4169 alloy and other structural materials
Laurent et al. Influence of constitutive model in springback prediction using the split-ring test
Chang et al. The effect of multiaxial stress state on creep behavior and fracture mechanism of P92 steel
Qian et al. Modeling of the ductile fracture during the sheet forming of aluminum alloy considering non-associated constitutive characteristic
WO2015170742A1 (ja) 可塑性材料の評価方法及び可塑性材料の塑性加工の評価方法
CN108133082A (zh) 一种基于有限元模拟确定压痕应变法中应力测量常数的方法
CN107271273B (zh) 一种十字拉伸预变形加载测定屈服面的方法
Guz et al. Fracture and stability of materials and structural members with cracks: Approaches and results
Tisza et al. Springback analysis of high strength dual-phase steels
Zajkani et al. Investigation of the variable elastic unloading modulus coupled with nonlinear kinematic hardening in springback measuring of advanced high-strength steel in U-shaped process
Quach et al. Effect of non-associated flow rule on fracture prediction of metal sheets using a novel anisotropic ductile fracture criterion
CN107631949A (zh) 一种基于单锥压入的板料各向异性塑性参数识别方法
CN100561177C (zh) 一种利用双锥度压头测定材料力学性能的方法
De Morais Cohesive zone beam modelling of mixed-mode I–II delamination
CN108956265A (zh) 一种尼龙材料拉扭组合的屈服准则及其建立方法
CN108195672A (zh) 一种材料拉扭破坏应力及破坏面方向的预测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant