CN111680438A - 一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法 - Google Patents

一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有限元分析领域，公开了一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法，包括通过拉伸实验获得工程应力/应变曲线；将工程应力/应变曲线转换为真实应力/应变曲线；保持真实应力/应变曲线的真实应变不变，平滑处理真实应力，以获得光滑真实应力/应变曲线；截取获得光滑真实应力/应变曲线的塑性阶段数据曲线；根据塑性应变平移公式，将塑性阶段数据曲线的起点平移至Y轴获得平移塑性应力/应变曲线；根据平移塑性应力/应变曲线，采用六阶多项式趋势线拟合得到拟合公式及拟合曲线；通过拟合公式及拟合曲线获得满足有限元材料卡片输入数据要求的规则化应力/应变数据。其方法能准确、方便且快捷的获得符合有限元软件输入要求的材料卡数据。

Description

一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法
技术领域
本发明涉及有限元分析技术领域，尤其涉及一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法。
背景技术
有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)的基本步骤通常为前处理、总装求解以及后处理。其中，前处理步骤中的单元属性的定义是有限元分析过程中的重要环节。准确定义前处理步骤中的单元属性能够使得有限元模型更接近于实际系统。
目前，由于有限元软件中对材料卡片的输入有诸多要求(例如，需要输入材料真实应力/应变数据、只输入材料塑性段数据以及输入数据必须单调递增等)。由于应力随着应变变化形成的金属板材的拉伸实验数据存在大量的突变波动，其不能直接应用于有限元软件。现有的有限元仿真模拟时，在前处理步骤中通常是对拉伸实验数据进行线性等距离选点的加工处理，来获得满足有限元软件输入要求的数据，但线性等距离选点的加工处理获得的数据存在较大误差，且对于应力应变曲线斜率变化大的点位的应力应变取值误差更多，进而影响有限元的仿真度。
因此，亟需提出一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法，能够准确、方便且快捷的将拉伸实验数据转换为符合有限元软件输入要求的材料卡数据。
发明内容
本发明的目的在于提出一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法，能够准确、方便且快捷的将拉伸实验数据转换为符合有限元软件输入要求的材料卡数据。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法，包括以下步骤：
S1、对金属板材进行拉伸实验，以获得工程应力/应变曲线；
S2、对所述工程应力/应变曲线进行转换处理，以获得真实应力/应变曲线；
S3、保持所述真实应力/应变曲线的真实应变不变，对所述真实应力/应变曲线的真实应力进行平滑处理，以获得光滑真实应力/应变曲线；
S4、截取获得所述光滑真实应力/应变曲线的塑性阶段数据曲线；
S5、根据塑性应变平移公式处理所述塑性阶段数据曲线，将所述塑性阶段数据曲线的起点平移至Y轴，以获得平移塑性应力/应变曲线；
S6、根据所述平移塑性应力/应变曲线，采用六阶多项式趋势线拟合方式拟合得到拟合公式及拟合曲线；
S7、通过所述拟合公式及所述拟合曲线获得满足有限元材料卡片输入数据要求的规则化应力/应变数据。
可选地，所述步骤S2中，所述工程应力/应变曲线的工程应力与所述真实应力/应变曲线的真实应力的转换公式为公式(1)：
σ’＝σ×(1+ε) S1；
所述工程应力/应变曲线的工程应变与所述真实应力/应变曲线的真实应变之间的转换公式为公式S2：
ε’＝ln(1+ε) S2；
其中，工程应力为σ，真实应力为σ’，工程应变为ε，真实应变为ε’。
可选地，所述步骤S3包括以下步骤：
通过Origin软件平滑处理所述真实应力/应变曲线；其中，平滑处理方法采用Savitzky-Golay。
可选地，采用所述Savitzky-Golay对所述真实应力/应变曲线的真实应力进行平滑时，窗口点数取值为50。
可选地，其特征在于，所述步骤S1中还包括标注所述工程应力/应变曲线的屈服强度点和抗拉强度点，所述步骤S4包括：
根据所述步骤S1中标注获得的所述屈服强度点和所述抗拉强度点，对应截取获得位于所述光滑真实应力/应变曲线的屈服强度点和抗拉强度点之间的塑性阶段数据曲线。
可选地，在所述步骤S5中，所述塑性应变平移公式为：
平移后塑性应变＝真实应变-屈服极限应变(常数)-弹性应变增量。
可选地，所述步骤S5还包括：
在Excel中应用INDEX函数，从所述塑性阶段数据曲线中共选取N个点，以获得各点对应的真实应变及光滑真实应力；以及
根据所述塑性应变平移公式处理各点对应的真实应变，以获得所述平移后塑性应变，并最终获得所述平移塑性应力/应变曲线。
可选地，所述步骤S6中，在Excel中采用六阶段多项式趋势线拟合所述拟合公式时，相关系数R2约等于1。
可选地，所述相关系数R2为0.997。
可选地，所述步骤S7包括：
根据所述有限元软件的材料卡片输入数据的要求，自定义选取若干个应变数据作为满足所述有限元软件的材料卡片输入数据要求的应变数据，将自定义选取的若干个应变数据分别代入所述拟合公式求得对应的应力数据，并作为满足所述有限元软件的材料卡片输入数据要求的应力数据，进而最终获得所述规则化应力/应变数据。
本发明的有益效果为：
本发明通过拉伸实验获得工程应力/应变曲线，并经转换获得真实应力/应变曲线，然后通过的真实应力/应变曲线的平滑、截取、平移处理得到平移塑性应力/应变曲线，进而通过多项式拟合处理获得拟合公式和拟合曲线，最终便可以根据拟合公式方便、快捷且正确有效地获得满足有限元材料卡片输入数据要求的规则化应力/应变数据，且由于获得了高度拟合的拟合公式，因此允许任意选取应变点，并可以在曲线斜率变化较大的地方进行加密选点，以提高后续有限元仿真分析精度。
附图说明
图1是本发明提供的金属板材拉伸实验数据转换处理方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本实施例提出了一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法，金属板材拉伸实验数据转换处理方法包括以下步骤：
S1、对金属板材进行拉伸实验，以获得工程应力/应变曲线；具体地，本实施例的步骤S1中，工程应力/应变曲线为根据拉伸实验获得的曲线图，X轴表示应变，Y轴表示应力。
S2、对工程应力/应变曲线进行转换处理，以获得真实应力/应变曲线；具体地，本实施例的步骤S2中，真实应力/应变曲线为根据工程应力/应变曲线获得的曲线图，X轴表示应变，Y轴表示应力；在本实施例的步骤S2中，工程应力/应变曲线的工程应力与真实应力/应变曲线的真实应力的转换公式为公式(1)：σ’＝σ×(1+ε)(1)；工程应力/应变曲线的工程应变与真实应力/应变曲线的真实应变之间的转换公式为公式S2：ε’＝ln(1+ε)(2)；其中，工程应力为σ，真实应力为σ’，工程应变为ε，真实应变为ε’。
S3、保持真实应力/应变曲线的真实应变不变，对真实应力/应变曲线的真实应力进行平滑处理，以获得光滑真实应力/应变曲线；具体而言，本实施例中，步骤S3包括以下步骤：通过Origin软件平滑处理真实应力/应变曲线；其中，平滑处理方法采用Savitzky-Golay；进一步地，采用Savitzky-Golay对真实应力/应变曲线的真实应力进行平滑时，窗口点数取值为50。
S4、截取获得光滑真实应力/应变曲线的塑性阶段数据曲线；具体而言，通过在步骤S1中标注获得工程应力/应变曲线的屈服强度点和抗拉强度点；然后，根据步骤S1中标注获得的屈服强度点和抗拉强度点，对应截取获得位于光滑真实应力/应变曲线的屈服强度点和抗拉强度点之间的塑性阶段数据曲线。
S5、根据塑性应变平移公式处理塑性阶段数据曲线，将塑性阶段数据曲线的起点平移至Y轴，以获得平移塑性应力/应变曲线；具体而言，步骤S5包括：首先，在Excel中应用INDEX函数，从塑性阶段数据曲线中共选取N个点，本实施例选取为30个点，以获得各点对应的真实应变及光滑真实应力；然后，根据塑性应变平移公式处理各点对应的真实应变，以获得平移后塑性应变，并最终获得平移塑性应力/应变曲线。而，塑性应变平移公式为：平移后塑性应变＝真实应变-屈服极限应变(常数)-弹性应变增量，其中，屈服极限应变(常数)为抗拉强度点对应的应变值，弹性应变增量为屈服极限对应的应变值。
S6、根据平移塑性应力/应变曲线，采用六阶多项式趋势线拟合方式拟合得到拟合公式及拟合曲线。具体而言，在Excel中采用六阶段多项式趋势线拟合拟合公式时，相关系数R2约等于1。本实施例中，相关系数R2为0.997。
S7、通过拟合公式及拟合曲线获得满足有限元材料卡片输入数据要求的规则化应力/应变数据。具体而言，本实施例中，步骤S7包括：根据有限元软件的材料卡片输入数据的要求，自定义选取若干个应变数据(如自定义应变数据：0.000、0.001、0.002、…、0.01、0.02、…、0.24，代入拟合公式便可得到对应应力数据)作为满足有限元软件的材料卡片输入数据要求的应变数据，将自定义选取的若干个应变数据分别代入拟合公式求得对应的应力数据，并作为满足有限元软件的材料卡片输入数据要求的应力数据，进而最终获得规则化应力/应变数据。
本实施例通过拉伸实验获得工程应力/应变曲线，并经转换获得真实应力/应变曲线，然后通过的真实应力/应变曲线的平滑、截取、平移处理得到平移塑性应力/应变曲线，进而通过多项式拟合处理获得拟合公式和拟合曲线，最终便可以根据拟合公式方便、快捷且正确有效地获得满足有限元材料卡片输入数据要求的规则化应力/应变数据，且由于获得了高度拟合的拟合公式，因此允许任意选取应变点，并可以在曲线斜率变化较大的地方进行加密选点，以提高后续有限元仿真分析精度。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对金属板材进行拉伸实验，以获得工程应力/应变曲线；
S2、对所述工程应力/应变曲线进行转换处理，以获得真实应力/应变曲线；
S3、保持所述真实应力/应变曲线的真实应变不变，对所述真实应力/应变曲线的真实应力进行平滑处理，以获得光滑真实应力/应变曲线；
S4、截取获得所述光滑真实应力/应变曲线的塑性阶段数据曲线；
S5、根据塑性应变平移公式处理所述塑性阶段数据曲线，将所述塑性阶段数据曲线的起点平移至Y轴，以获得平移塑性应力/应变曲线；
S6、根据所述平移塑性应力/应变曲线，采用六阶多项式趋势线拟合方式拟合得到拟合公式及拟合曲线；
S7、通过所述拟合公式及所述拟合曲线获得满足有限元材料卡片输入数据要求的规则化应力/应变数据。
2.如权利要求1所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述工程应力/应变曲线的工程应力与所述真实应力/应变曲线的真实应力的转换公式为公式(1)：
σ’＝σ×(1+ε) (1)；
所述工程应力/应变曲线的工程应变与所述真实应力/应变曲线的真实应变之间的转换公式为公式(2)：
ε’＝ln(1+ε) (2)；
其中，工程应力为σ，真实应力为σ’，工程应变为ε，真实应变为ε’。
3.如权利要求1或2所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
通过Origin软件平滑处理所述真实应力/应变曲线；其中，平滑处理方法采用Savitzky-Golay。
4.如权利要求3所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，采用所述Savitzky-Golay对所述真实应力/应变曲线的真实应力进行平滑时，窗口点数取值为50。
5.如权利要求1所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括标注所述工程应力/应变曲线的屈服强度点和抗拉强度点，所述步骤S4包括：
根据所述步骤S1中标注获得的所述屈服强度点和所述抗拉强度点，对应截取获得位于所述光滑真实应力/应变曲线的屈服强度点和抗拉强度点之间的塑性阶段数据曲线。
6.如权利要求1所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述塑性应变平移公式为：
平移后塑性应变＝真实应变-屈服极限应变(常数)-弹性应变增量。
7.如权利要求6所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：
在Excel中应用INDEX函数，从所述塑性阶段数据曲线中共选取N个点，以获得各点对应的真实应变及光滑真实应力；以及
根据所述塑性应变平移公式处理各点对应的真实应变，以获得所述平移后塑性应变，并最终获得所述平移塑性应力/应变曲线。
8.如权利要求1所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，所述步骤S6中，在Excel中采用六阶段多项式趋势线拟合所述拟合公式时，相关系数R2约等于1。
9.如权利要求8所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，所述相关系数R2为0.997。
10.如权利要求1所述的金属板材拉伸实验数据转换处理方法，其特征在于，所述步骤S7包括：
根据所述有限元软件的材料卡片输入数据的要求，自定义选取若干个应变数据作为满足所述有限元软件的材料卡片输入数据要求的应变数据，将自定义选取的若干个应变数据分别代入所述拟合公式求得对应的应力数据，并作为满足所述有限元软件的材料卡片输入数据要求的应力数据，进而最终获得所述规则化应力/应变数据。
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