CN110579399B - 一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法，包括以下步骤：1)、通过准静态单轴拉伸试验获得金属材料的抗拉强度σ_u、截面收缩率RA和真实断裂应力σ_f；2)、结合步骤1)的数据，采用Manson方法进行分析，分析中采用的Manson公式为

3)、在Manson方法的基础上，结合步骤1)的数据分析，通过引入修正系数k后建立预测公式为

式中，

本发明在Manson方法的基础上，通过引入修正系数k后，提高了预测结果的可靠度，为获取颈缩后材料断裂失效点对应的真实断裂应力提供新的预测方法，可更好的服务力学设计和安全分析。

Description

一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法

技术领域

本发明涉及材料力学性能领域，具体涉及一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法。

背景技术

材料力学性能是力学设计和安全分析的重要输入参数。在金属材料准静态单轴拉伸力学性能测试中，可获得测试试样发生颈缩前的工程应力-应变曲线；然后结合公式(1)和公式(2)，将实验测试得到的工程应力-应变曲线转换得到真应力-应变曲线。

σ_T＝σ×(1+ε) (1)

ε_T＝ln(1+ε) (2)

其中σ_T和ε_T分别为真应力和真应变，σ和ε分别为工程应力和工程应变，公式(1)和公式(2)仅适用于测试试样在发生颈缩之前。

由于单轴拉伸过程中测试试样会发生颈缩，而公式(1)和公式(2)的假定前提是体积不变原理。因此，对于发生颈缩后其断裂失效点所对应的真实断裂应力和真实断裂应变的计算，公式(1)和公式(2)不再适用。于是，Manson提出了采用截面收缩率RA预测金属材料真实断裂应力和真实断裂应变的方法。Manson公式为：

σ_f＝σ_u×(1+D) (3)

其中D＝ε_f，σ_f和ε_f分别为材料发生断裂失效所对应的真实断裂应力和真实断裂应变。对于真实断裂应变，公式(4)的预测结果与实验测试结果的吻合度好；但对于真实断裂应力，公式(3)的预测结果与实验分析结果吻合度差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法，本发明与Manson方法相比，提高了预测结果的可靠度，为获取材料颈缩后断裂失效点对应的真实断裂应力提供新的预测方法，可更好的服务力学设计和安全分析。

本发明通过下述技术方案实现：

一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法，包括以下步骤：

1)、通过准静态单轴拉伸试验获得金属材料的抗拉强度σ_u、截面收缩率RA和真实断裂应力σ_f；

2)、结合步骤1)的数据，采用Manson方法进行分析，分析中采用的Manson公式：

3)、在Manson方法的基础上，结合步骤1)的数据分析，通过引入修正系数k后建立预测公式：

式中，

申请人发现现有Manson方法中，公式(4)的预测结果与实验测试结果吻合度好，公式(3)的预测结果与实验分析结果吻合度差。因此，申请人对公式(3)的预测结果与实验分析结果吻合度差的现象进行分析后提出了本发明。

本发明的预测方法中，需要已知的参数为金属材料准静态单轴拉伸测试的抗拉强度σ_u和截面收缩率RA。

本发明结合61种金属材料准静态单轴拉伸测试数据，对于材料颈缩后的断裂失效，本发明引入安全因子(Safety Factor,SF)对Manson方法预测真实断裂应力结果的可靠度进行评价；结果指出，Manson方法预测结果的可靠度低，至少需要考虑安全因子SF＝2.0。本发明在Manson方法的基础上，通过引入修正系数k后，建立了一种新的预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法；结合安全因子SF对本发明方法的研究指出，本方法仅需考虑SF＝1.25的安全因子，较Manson方法提高了预测结果的可靠度。本发明所述预测方法为获取材料颈缩后断裂失效点对应的真实断裂应力提供了计算公式，可更好的服务力学设计和安全分析。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明在Manson方法的基础上，通过引入修正系数k后，建立了一种新的预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法；结合安全因子SF对本发明方法的研究指出，本方法仅需考虑SF＝1.25的安全因子，较Manson方法提高了预测结果的可靠度，为获取材料颈缩后断裂失效点对应的真实断裂应力提供新的预测方法，可更好的服务力学设计和安全分析。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明所述预测方法的流程图；

图2为61种材料测试得到的抗拉强度σ_u和真实断裂应力σ_f关系坐标图；

图3为Manson方法预测真实断裂应力分析图；

图4为本发明所述方法预测真实断裂应力分析图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图4所示，一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法，包括以下步骤：

1)、通过准静态单轴拉伸试验获得金属材料的抗拉强度σ_u、截面收缩率RA和真实断裂应力σ_f；

2)、结合步骤1)的数据，采用Manson方法进行分析，分析中采用的Manson公式：

3)、在Manson方法的基础上，结合步骤1)的数据分析，通过引入修正系数k后建立预测公式：

式中，

本发明获得了61金属材料在准静态单轴拉伸环境下的抗拉强度σ_u、截面收缩率RA和真实断裂应力σ_f，如表1至表3所示。

在本实施例中，假定RA＝0.51，σ_u＝1825MPa，将RA和σ_u数据带入步骤3)的预测公式获得材料的预估真实断裂应力σ_f：

σ_f＝2390.4MPa。

表1

表2

表3

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种预测金属材料准静态单轴拉伸真实断裂应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、通过准静态单轴拉伸试验获得金属材料的抗拉强度σ_u、截面收缩率RA和真实断裂应力σ_f；

2)、结合步骤1)的数据，采用Manson方法进行分析，分析中采用的Manson公式：

3)、在Manson方法的基础上，结合步骤1)的数据分析，通过引入修正系数k后建立预测公式：

式中，

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