CN111681721A - 一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法 - Google Patents

一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法 Download PDF

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CN111681721A CN202010392582.8A CN202010392582A CN111681721A CN 111681721 A CN111681721 A CN 111681721A CN 202010392582 A CN202010392582 A CN 202010392582A CN 111681721 A CN111681721 A CN 111681721A
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Abstract

本发明提供了一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法，包括步骤：S1.获取多晶体材料的拉伸和压缩力学性能曲线；S2.测定多晶体材料的织构取向分布数据，并对取向分布数据进行分块组分化处理；S3.根据所得力学性能曲线和织构取向分布数据计算得到多晶体的各种变形机制初始屈服被激活所需的临界剪切力；S4.指定一个特定加载条件，计算出考虑晶间变形协调效应的情况下每个织构组分的屈服强度：S5.计算指定加载条件下的等效屈服强度；S6.循环执行步骤S4、S5，直到遍历所有加载条件，得到所有加载条件下多晶体材料的等效屈服强度，获得该多晶体材料的屈服准则；该方法得到的屈服准则精确度高且计算量少，实用性强。

Description

一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法。
背景技术
屈服准则主要是用于预测金属材料在不同加载条件下表现出的屈服强度，通常在制定金属材料在复制条件下的设计安全工作标准时会参考该金属材料的屈服准则，因此屈服准则的精度非常重要。
传统的屈服准则主要是基于钢铁、铝合金等传统材料的力学性能，通过唯象法拟合试验结果建立的，这些材料大都具有各向同性的特点，即测量一种条件下材料的屈服强度，便可作为其他条件下的等效屈服强度；这种屈服准则不适用于钛合金、镁合金等新兴有色金属材料，因为这些材料具有特殊的密排六方晶格结构，导致其具有力学各向异性或拉压不对称性，传统的屈服准则无法精确预测这种特殊的力学性能。而由于钛合金、镁合金等新兴有色金属材料具有比强度高、比刚度高的特点，在航空航天、汽车工业以及机器人等行业中的使用越来越多，所以需要寻求针对多晶体金属材料的新的屈服准则，以获得更加准确的预测结果。
研究表明，钛合金、镁合金等密排六方金属的特殊力学性能主要是由于这些具有多晶体结构的材料在变形过程中每个晶粒内部的主导变形机制随加载条件的变化而变化导致的。例如，各向异性主要是由于这些材料在变形过程中易形成形变织构，在特定的取向上形成力学软取向或硬取向，因此表现出屈服强度的差异。拉压不对称性则主要是由于在变形过程中密排六方金属中会产生具有极性的形变孪晶，这种孪晶在拉伸和压缩条件下的激活量存在明显的差异，导致拉伸和压缩过程中的屈服强度也存在明显差异。
目前，出现了一些新型多晶体屈服准则，这些准则通过考虑多晶体变形过程中各种变形机制在施密特定律的限制下表达的差异来预测材料的屈服强度。这种方法相较于唯象法屈服准则，可以尽量减少强制引入的各种参数，做到更加接近材料的真实变形特质，从而实现预测精度的提高和应用范围的扩展。然而，由于需要在全面了解多晶体变形过程中微观组织的变化行为，并充分考虑多晶体中所有可能的变形机制的激活条件，才能够建立具有足够精度的屈服准则，导致了多晶体屈服准则形式十分复杂，计算量非常大，计算效率低，难以在实际生产中推广应用。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种计算量小、实用性强的多晶体金属材料的屈服准则获取方法。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法，包括步骤：
S1.获取多晶体材料的拉伸和压缩力学性能曲线；
S2. 测定多晶体材料的织构取向分布数据，并对取向分布数据进行分块组分化处理；
S3.根据所得力学性能曲线和织构取向分布数据计算得到多晶体的各种变形机制初始屈服被激活所需的临界剪切力；
S4.指定一个特定加载条件，计算出考虑晶间变形协调效应的情况下每个织构组分的屈服强度：
S5.计算指定加载条件下的等效屈服强度；
S6.循环执行步骤S4、S5，直到遍历所有加载条件，得到所有加载条件下多晶体材料的等效屈服强度，获得该多晶体材料的屈服准则。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，步骤S4中，利用以下公式计算每个织构组分的屈服强度
Figure 127957DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 123726DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 106725DEST_PATH_IMAGE003
为广义施密特因子，
Figure 813519DEST_PATH_IMAGE004
表示织构组分
Figure 565574DEST_PATH_IMAGE005
内最易被激活变形机制，
Figure 558676DEST_PATH_IMAGE006
为织构组分内的
Figure 622447DEST_PATH_IMAGE004
机制单位滑移方向向量，
Figure 759030DEST_PATH_IMAGE007
为织构组分内的
Figure 365592DEST_PATH_IMAGE004
机制单位滑移面法向向量，
Figure 31059DEST_PATH_IMAGE008
为应力张量，
Figure 239185DEST_PATH_IMAGE009
为两个织构组分间两种最易被激活变形机制间的变形协调因子，
Figure 913880DEST_PATH_IMAGE010
为织构组分
Figure 374948DEST_PATH_IMAGE011
内在
Figure 476897DEST_PATH_IMAGE004
机制受到所有织构组分变形协调效应的总和，
Figure 420320DEST_PATH_IMAGE012
为织构组分j内α机制的广义施密特因子，
Figure 633126DEST_PATH_IMAGE013
为织构组分
Figure 948701DEST_PATH_IMAGE014
的比重，
Figure 221551DEST_PATH_IMAGE015
为织构组分
Figure 917849DEST_PATH_IMAGE005
内变形机制
Figure 934346DEST_PATH_IMAGE004
的临界剪切力，
Figure 104428DEST_PATH_IMAGE016
为织构组分
Figure 548179DEST_PATH_IMAGE014
内变形机制
Figure 29975DEST_PATH_IMAGE004
的临界剪切力，t为织构组分的总数，
Figure 83120DEST_PATH_IMAGE017
为激活织构组分
Figure 779812DEST_PATH_IMAGE005
所需的屈服强度，
Figure 660043DEST_PATH_IMAGE018
为织构组分i内
Figure 629136DEST_PATH_IMAGE004
机制在指定加载条件下的广义施密特因子，t为织构组分总数。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，步骤S5中，利用以下公式计算等效屈服强度
Figure 491831DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 636504DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 422058DEST_PATH_IMAGE021
为织构组分
Figure 550551DEST_PATH_IMAGE005
的比重，
Figure 211077DEST_PATH_IMAGE019
为等效屈服强度。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，步骤S1中，通过力学性能试验获取多晶体材料的拉伸和压缩力学性能曲线。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，步骤S2中，利用XRD织构测试设备或电子背散射衍射设备测定多晶体材料的织构取向分布数据。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，步骤S2中，对取向分布数据进行分块组分化处理包括：以每个欧拉角5°的增量对取向分布数据进行分块得到多个组分：对每个组分进行编号；计算每个组分的比重数据。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，步骤S3中，利用粘塑性多晶体自洽模型计算临界剪切力。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，步骤S1中，对板状的多晶体金属材料进行力学性能试验；对其宽度方向和长度方向施加拉力和压力以获得该两个方向的拉伸和压缩力学性能曲线，并对其厚度方向施加压力，以获得该方向的压缩力学性能曲线。
所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法中，所述加载条件包括在宽度方向上施加拉力、在宽度方向上施加压力、在长度方向上施加拉力、在长度方向上施加压力、在厚度方向上施加压力。
有益效果：
本发明提供的一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法，创造性地利用织构组分数据代替相邻晶粒的取向关系，通过计算织构组分间的变形协调效应，代替晶体间变形协调效应对基体屈服强度的影响，不仅在数学上具有可实现性，且与现有技术相比，大大减少了计算量，实用性更强。
附图说明
图1为本发明提供的多晶体金属材料的屈服准则获取方法的流程图。
图2为实施例一的板材的织构取向示意图。
图3为实施例一的板材对应各方向的真应力应变曲线图。
图4为实施例一得到的屈服面在坐标面内的屈服迹线与Mises屈服迹线的对比图。
图5为实施例二的板材的织构取向示意图。
图6为实施例二的板材对应各方向的真应力应变曲线图。
图7为实施例二得到的屈服面在坐标面内的屈服迹线与Mises屈服迹线的对比图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1，本发明提供的一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法，包括步骤S1-S6。
S1.获取多晶体材料的拉伸和压缩力学性能曲线。
具体的，通过力学性能试验获取多晶体材料的拉伸和压缩力学性能曲线。
作为本领域常识，本领域技术人员应该知道，上述的力学性能曲线是指真应力应变曲线。
对于块状的多晶体材料，在对其进行力学性能试验时，一般需对其长度方向、宽度方向和高度方向施加拉力和压力以获得三个方向的拉伸和压缩力学性能曲线；但不限于此。
对于板状的多晶体金属材料，在对其进行力学性能试验时，一般对其宽度方向和长度方向施加拉力和压力以获得该两个方向的拉伸和压缩力学性能曲线，并对其厚度方向施加压力以获得厚度方向的压缩力学性能曲线；但不限于此。
具体的，实施力学性能试验过程可按照室温拉伸试验标准GB/T 228.1-2010执行；以轧制镁合金板材为例，在轧制方向和宽度方向上分别进行单轴拉伸和压缩试验，在厚度方向进行压缩试验，获得相应的力学性能曲线。
S2. 测定多晶体材料的织构取向分布数据，并对取向分布数据进行分块组分化处理。
典型的织构取向分布数据以取向分布函数——ODF函数表示，自变量为可以按照Burger规则共同决定晶体取向的一组三个欧拉角（ph1，PH，ph2），也对应欧拉空间中互相垂直的三个坐标轴，取值区间分别为0~360°，0~360°和0~180°。
可通过利用XRD织构测试设备或电子背散射衍射设备测定多晶体材料的织构取向数据。
测定过程如下：对待测试样进行机械打磨、抛光处理，使表面无明显划痕，且打磨过程中保持较轻的力度，避免引入残余应力。处理好的试样在XRD衍射仪上进行宏观织构测定，也可继续进行电解抛光后在扫描电镜中利用电子背散射衍射探头测定织构取向数据。
对取向分布数据进行分块组分化处理包括：以每个欧拉角5°的增量对取向分布数据进行分块得到多个组分：对每个组分进行编号；计算每个组分的比重数据。
S3.根据所得力学性能曲线和织构取向分布数据计算得到多晶体的各种变形机制初始屈服被激活所需的临界剪切力
Figure 475836DEST_PATH_IMAGE022
。
具体的，利用粘塑性多晶体自洽模型计算上述的临界剪切力
Figure 697870DEST_PATH_IMAGE022
：把所得力学性能曲线和织构取向分布数据代入粘塑性多晶体自洽模型中计算得到多晶体的各种变形机制初始屈服被激活所需的临界剪切力
Figure 782501DEST_PATH_IMAGE022
。
变形机制滑移系、孪晶等，是材料内部本来就存在的机制，不同材料的变形机制种类、数量等可能不同，此处，需对材料的所有变形机制初始屈服被激活所需的临界剪切力进行计算。
S4. 指定一个特定加载条件，计算出考虑晶间变形协调效应的情况下每个织构组分的屈服强度
Figure 981138DEST_PATH_IMAGE001
。
织构组分的屈服强度是指考虑晶间变形协调效应下每个织构组分被屈服时所需要的外载荷大小，具体的，采用以下公式计算每个织构组分的屈服强度
Figure 959459DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 555656DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 658742DEST_PATH_IMAGE003
为广义施密特因子，
Figure 162535DEST_PATH_IMAGE004
表示织构组分
Figure 634843DEST_PATH_IMAGE005
内最易被激活变形机制（根据施密特定律，在同样条件下被激活时所需外载荷最小的机制即为最易被激活机制），
Figure 933100DEST_PATH_IMAGE006
为织构组分内的
Figure 992323DEST_PATH_IMAGE004
机制单位滑移方向向量，
Figure 158862DEST_PATH_IMAGE007
为织构组分内的
Figure 721561DEST_PATH_IMAGE004
机制单位滑移面法向向量，
Figure 683396DEST_PATH_IMAGE008
为应力张量，
Figure 964336DEST_PATH_IMAGE009
为两个织构组分间两种最易被激活变形机制间的变形协调因子，
Figure 934566DEST_PATH_IMAGE010
为织构组分
Figure 351772DEST_PATH_IMAGE011
内在
Figure 991831DEST_PATH_IMAGE004
机制受到所有织构组分变形协调效应的总和，
Figure 884701DEST_PATH_IMAGE012
为织构组分j内α机制的广义施密特因子，
Figure 501365DEST_PATH_IMAGE013
为织构组分
Figure 897711DEST_PATH_IMAGE014
的比重，
Figure 974252DEST_PATH_IMAGE015
为织构组分
Figure 229784DEST_PATH_IMAGE005
内变形机制
Figure 886024DEST_PATH_IMAGE004
的临界剪切力，
Figure 668035DEST_PATH_IMAGE016
为织构组分
Figure 882854DEST_PATH_IMAGE014
内变形机制
Figure 625682DEST_PATH_IMAGE004
的临界剪切力，t为织构组分的总数，
Figure 210247DEST_PATH_IMAGE017
为激活织构组分
Figure 722131DEST_PATH_IMAGE005
所需的屈服强度，
Figure 874894DEST_PATH_IMAGE018
为织构组分i内
Figure 698494DEST_PATH_IMAGE004
机制在指定加载条件下的广义施密特因子，t为织构组分总数。
由于两种组分内的
Figure 726231DEST_PATH_IMAGE004
机制可能不同，其对应的临界剪切力也会不同，因此在公式（3）中，不同变形机制间的变形协调作用需要使用
Figure 951676DEST_PATH_IMAGE024
来进行归一化处理，以获得更加准确的结果。
其中，加载条件是与步骤S1中的施力方向相对应的；
例如，对于块状的多晶体金属材料，若步骤S1中获得了其长度、宽度、高度方向上的拉伸和压缩力学性能曲线，则加载条件包括在宽度方向上施加拉力、在宽度方向上施加压力、在长度方向上施加拉力、在长度方向上施加压力、在高度方向上施加拉力、在高度方向上施加压力；若步骤S1中还获得其他方向的拉伸/压缩力学性能曲线，则加载条件还包括在应方向上施加拉/压力；
对于板状的多晶体金属材料，若步骤S1中获得了其长度、宽度方向上的拉伸和压缩力学性能曲线，以及厚度方向的压缩力学性能曲线，则加载条件包括在宽度方向上施加拉力、在宽度方向上施加压力、长度方向上施加拉力、在长度方向上施加压力、在厚度方向上施加压力；若步骤S1中还获得其他方向的拉伸/压缩力学性能曲线，则加载条件还包括在应方向上施加拉/压力。
该步骤中，每次从上述的加载条件中选取一种未选取过的加载条件进行计算。
S5.计算指定加载条件下的等效屈服强度
Figure 540920DEST_PATH_IMAGE019
。
具体的，通过以下公式计算计算指定加载条件下的等效屈服强度
Figure 523919DEST_PATH_IMAGE019
：
Figure 325653DEST_PATH_IMAGE025
其中，
Figure 50945DEST_PATH_IMAGE021
为织构组分
Figure 935724DEST_PATH_IMAGE005
的比重，
Figure 609282DEST_PATH_IMAGE019
为等效屈服强度。
S6.循环执行步骤S4、S5，直到遍历所有加载条件，得到所有加载条件下多晶体材料的等效屈服强度，获得该多晶体材料的屈服准则。
此处得到的屈服准则包括了材料在各加载条件下的等效屈服强度。
多晶体晶间变形协调效应对屈服强度具有影响，且这种影响是不可忽视的，该结论已经得到证实，但在实际应用中，目前并未被现有的屈服准则所考虑，其原因主要有了两个：第一，种影响在近几年才被人们所证实，因此还未引起足够的关注；第二，传统观点认为晶间变形协调效应通常需要得到所有相邻晶粒的晶体学取向、位向关系等方可进行计算，这在实际建立屈服准则时将会导致计算量的急剧增加难以得到实际应用。考虑到多晶体内部每个晶粒及其相邻晶粒的晶体学取向概率完全取决于基体的织构取向分布，本发明创造性地利用织构组分数据代替相邻晶粒的取向关系，通过计算织构组分间的变形协调效应，代替晶体间变形协调效应对基体屈服强度的影响（如公式（3）所示），不仅在数学上具有可实现性，且大大减少了计算量，实用性强。
以下通过具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例一
本实施例中，采用轧制AZ31镁合金板材作为试验对象。
在步骤S1中，在进行力学性能试验时，分别对其轧制方向（RD方向，相当于长度方向）施加拉力和压力，对其宽度方向（TD方向）施加拉力和压力，对其板面内45°方向（即在板面内与长度方向成45°夹角的方向）施加拉力和压力，对其厚度方向（ND方向）施加压力，获得的各方向的真应力应变曲线如图3所示；
图3中， RD-C为轧制方向的压缩真应力应变曲线， TD-C为宽度方向的压缩真应力应变曲线， 45-C为板面内45°方向的压缩真应力应变曲线， ND-C为厚度方向的压缩真应力应变曲线，RD-T为轧制方向的拉伸真应力应变曲线， TD-T为宽度方向的拉伸真应力应变曲线，45-T为板面内45°方向的拉伸真应力应变曲线。
在步骤S2中，测得的织构取向如图2所示。
通过步骤S3-S6最终得到各加载条件下多晶体材料的等效屈服强度，根据计算结果绘制的轧制AZ31镁合金板材屈服面在RD-TD面和RD-ND面内的屈服迹线如图4所示；图中，YS-σ11-σ22是采用上述方法获得的RD-TD面的屈服迹线、Exp-σ11-σ22是通过试验得到的RD-TD面的试验数据、YS-σ11-σ33是采用上述方法获得的RD-ND面的屈服迹线，Exp-σ11-σ33是通过试验得到的RD-TD面的试验数据、Mises-σ11-σ22是采用传统的Mises屈服准则计算得到的RD-TD面的屈服迹线。
从图4中可以看到，采用上述方法得到的屈服准则与试验数据吻合较好，能够较精确地预测轧制AZ31镁合金板材在不同应力状态下的屈服强度，具有较高的精度和可靠性；而传统的Mises屈服准则与试验数据吻合较差，其精度和可靠性较低。
实施例二
本实施例中，采用AZ31+0.2Ca镁合金挤压板材作为试验对象，其与实施例一的板材相比，织构偏弱，屈服强度较低，但塑性较好。试验流程和数据处理流程与实施例一相同。
获得的各方向的真应力应变曲线如图6所示，图中，ED-C为挤压方向（相当于长度方向）的压缩真应力应变曲线， TD-C为宽度方向的压缩真应力应变曲线，ED-T为挤压方向的拉伸真应力应变曲线， TD-T为宽度方向的拉伸真应力应变曲线，VPSC是用于获得变形机制临界剪切力参数的VPSC模拟拟合结果。
测得的织构取向如图5所示。
AZ31+0.2Ca镁合金挤压板材屈服面在ED-TD面和ED-ND面内的屈服迹线如图7所示；图中，YS-σ11-σ22是采用上述方法获得的ED-TD面的屈服迹线、Exp-σ11-σ22是通过试验得到的ED-TD面的试验数据、YS-σ11-σ33是采用上述方法获得的ED-ND面的屈服迹线，Exp-σ11-σ33是通过试验得到的ED-TD面的试验数据、Mises-σ11-σ22是采用传统的Mises屈服准则计算得到的ED-TD面的屈服迹线。
从图7中可以看到，采用上述方法得到的屈服准则与试验数据吻合较好，能够较精确地预测AZ31+0.2Ca挤压板材在不同应力状态下的屈服强度，具有较高的精度和可靠性。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。

Claims (10)

1.一种多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，包括步骤：
S1.获取多晶体材料的拉伸和压缩力学性能曲线；
S2. 测定多晶体材料的织构取向分布数据，并对取向分布数据进行分块组分化处理；
S3.根据所得力学性能曲线和织构取向分布数据计算得到多晶体的各种变形机制初始屈服被激活所需的临界剪切力；
S4.指定一个特定加载条件，计算出考虑晶间变形协调效应的情况下每个织构组分的屈服强度：
S5.计算指定加载条件下的等效屈服强度；
S6.循环执行步骤S4、S5，直到遍历所有加载条件，得到所有加载条件下多晶体材料的等效屈服强度，获得该多晶体材料的屈服准则。
2.根据权利要求1所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S4中，利用以下公式计算每个织构组分的屈服强度
Figure 551956DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 474912DEST_PATH_IMAGE004
为广义施密特因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示织构组分
Figure 473086DEST_PATH_IMAGE006
内最易被激活变形机制，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为织构组分内的
Figure 278231DEST_PATH_IMAGE005
机制单位滑移方向向量，
Figure 269321DEST_PATH_IMAGE008
为织构组分内的
Figure 109101DEST_PATH_IMAGE005
机制单位滑移面法向向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为应力张量，
Figure 776712DEST_PATH_IMAGE010
为两个织构组分间两种最易被激活变形机制间的变形协调因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为织构组分
Figure 272415DEST_PATH_IMAGE012
内在
Figure 863934DEST_PATH_IMAGE005
机制受到所有织构组分变形协调效应的总和，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为织构组分j内α机制的广义施密特因子，
Figure 532723DEST_PATH_IMAGE014
为织构组分
Figure DEST_PATH_IMAGE015
的比重，
Figure 121967DEST_PATH_IMAGE016
为织构组分
Figure 901704DEST_PATH_IMAGE006
内变形机制
Figure 296913DEST_PATH_IMAGE005
的临界剪切力，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为织构组分
Figure 298236DEST_PATH_IMAGE015
内变形机制
Figure 58382DEST_PATH_IMAGE005
的临界剪切力，t为织构组分的总数，
Figure 325415DEST_PATH_IMAGE018
为激活织构组分
Figure 524315DEST_PATH_IMAGE006
所需的屈服强度，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为织构组分i内
Figure 881610DEST_PATH_IMAGE005
机制在指定加载条件下的广义施密特因子，t为织构组分总数。
3.根据权利要求1所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S5中，利用以下公式计算等效屈服强度
Figure 812657DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
其中，
Figure 566986DEST_PATH_IMAGE022
为织构组分
Figure 756528DEST_PATH_IMAGE006
的比重，
Figure 279913DEST_PATH_IMAGE020
为等效屈服强度。
4.根据权利要求1所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S1中，通过力学性能试验获取多晶体材料的拉伸和压缩力学性能曲线。
5.根据权利要求1所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S2中，利用XRD织构测试设备测定多晶体材料的织构取向分布数据。
6.根据权利要求1所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S2中，利用电子背散射衍射设备测定多晶体材料的织构取向分布数据。
7.根据权利要求1所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S2中，对取向分布数据进行分块组分化处理包括：以每个欧拉角5°的增量对取向分布数据进行分块得到多个组分：对每个组分进行编号；计算每个组分的比重数据。
8.根据权利要求1所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S3中，利用粘塑性多晶体自洽模型计算临界剪切力。
9.根据权利要求2所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，步骤S1中，对板状的多晶体金属材料进行力学性能试验；对其宽度方向和长度方向施加拉力和压力以获得该两个方向的拉伸和压缩力学性能曲线，并对其厚度方向施加压力，以获得该方向的压缩力学性能曲线。
10.根据权利要求9所述的多晶体金属材料的屈服准则获取方法，其特征在于，所述加载条件包括在宽度方向上施加拉力、在宽度方向上施加压力、在长度方向上施加拉力、在长度方向上施加压力、在厚度方向上施加压力。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113484351A (zh) * 2021-07-07 2021-10-08 中国航发北京航空材料研究院 一种表征β锻钛合金锻件屈服强度各向异性的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003301515A (ja) * 2002-04-09 2003-10-24 Jfe Steel Kk 中空円形鋼管柱における柱梁接合部の耐力評価方法、該耐力評価方法を用いたリング状補強部の設計方法、該設計方法により設計されたリング状補強部、該リング状補強部を有する柱梁接合部構造
CN105930553A (zh) * 2016-04-11 2016-09-07 南京航空航天大学 镍基高温合金缺口拉伸强度预测方法
CN108844816A (zh) * 2018-03-30 2018-11-20 东南大学 一种基于十字形试件双轴拉伸试验的屈服准则评估方法
CN109885980A (zh) * 2019-03-29 2019-06-14 中南大学 基于应力差确定屈服点的节理剪切全过程损伤本构模型
US20200066376A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 Tata Consultancy Services Limited Systems and methods for predicting structure and properties of atomic elements and alloy materials

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003301515A (ja) * 2002-04-09 2003-10-24 Jfe Steel Kk 中空円形鋼管柱における柱梁接合部の耐力評価方法、該耐力評価方法を用いたリング状補強部の設計方法、該設計方法により設計されたリング状補強部、該リング状補強部を有する柱梁接合部構造
CN105930553A (zh) * 2016-04-11 2016-09-07 南京航空航天大学 镍基高温合金缺口拉伸强度预测方法
CN108844816A (zh) * 2018-03-30 2018-11-20 东南大学 一种基于十字形试件双轴拉伸试验的屈服准则评估方法
US20200066376A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 Tata Consultancy Services Limited Systems and methods for predicting structure and properties of atomic elements and alloy materials
CN109885980A (zh) * 2019-03-29 2019-06-14 中南大学 基于应力差确定屈服点的节理剪切全过程损伤本构模型

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DABIAO XIA ET AL.: "Calculation of Schmid factor in Mg alloys:Influence of stress state", 《SCRIPTA MATERIALIA》 *
刘伟 等: "拉伸实验基础上的金属材料屈服强度测试", 《科学技术创新》 *
夏大彪: "双轴应力状态下镁合金室温变形行为研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
张建民等: "多晶薄膜屈服强度的一个模型", 《物理学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113484351A (zh) * 2021-07-07 2021-10-08 中国航发北京航空材料研究院 一种表征β锻钛合金锻件屈服强度各向异性的方法

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