CN112802562B - 一种材料塑性应力应变数据获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有限元仿真领域，具体涉及一种材料塑性应力应变数据获取方法。所述方法根据材料的典型应力应变曲线、材料的拉伸极限应力σb、延伸率确定材料塑性应力应变数据。该方法打破了以往材料塑性应力应变数据必须采用材料的全范围应力应变曲线的条件，并弥补了利用全范围塑性应力应变曲线描述材料进入屈服阶段时的行为不够精确的缺点。
Description
技术领域
本发明属于有限元仿真领域，具体涉及一种材料塑性应力应变数据获取方法。
背景技术
有限元模拟材料的弹塑性行为时，需要输入材料的塑性应变与真实应力之间的关系，一般通过在材料的全范围应力应变曲线上截取多个应力应变点并进行线性差值的方法进行描述。但该方法在描述材料进入屈服阶段时的行为不够精确，且需要材料的全范围应力应变曲线。一般的材料手册上较少给出该曲线，而更多地给出材料的典型应力应变曲线。材料的典型应力应变曲线可精确地描述材料进入屈服阶段时的塑性行为，但未完整描述材料屈服后的塑性行为。
发明内容
发明目的：提供一种材料塑性应力应变数据获取方法，以用于有限元模型中结构的弹塑性行为模拟。
技术方案：
第一方面，提供了一种材料塑性应力应变数据获取方法，包括：
根据材料的典型应力应变曲线、材料的拉伸极限应力σb、延伸率确定材料塑性应力应变数据。
进一步地，根据材料的典型应力应变曲线、材料的拉伸极限应力σb、延伸率确定材料塑性应力应变数据，具体包括：
获取材料的典型应力应变曲线，所述典型应力应变曲线包括直线部分和曲线部分；
获取曲线部分的起点、终点以及至少六个中间点对应的名义应力和名义应变；
将所述名义应力和名义应变转换成真实应力和真实应变；
根据所述真实应力和真实应变确定真实塑形应变；
根据曲线部分的起点、终点以及至少六个中间点对应的真实应力和真实塑形应变进行描点连线作为第一真实应力真实塑性应变曲线；
根据第一真实应力真实塑性应变曲线终点修正第一真实应力真实塑性应变曲线得到第二真实应力真实塑性应变曲线，第二真实应力真实塑性应变曲线上的点即材料塑性应力应变数据。
进一步地，根据第一真实应力真实塑性应变曲线终点对应的真实应力修正第一真实应力真实塑性应变曲线。
进一步地，根据第一真实应力真实塑性应变曲线的终点修正第一真实应力真实塑性应变曲线得到第二真实应力真实塑性应变曲线，具体包括：
第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力小于材料的拉伸极限应力σb的情况下，将第一真实应力真实塑性应变曲线以及第一真实应力真实塑性应变曲线终点与材料的拉伸极限应力和延伸率对应点的连线作为第二真实应力真实塑性应变曲线。
进一步地，根据第一真实应力真实塑性应变曲线的终点修正第一真实应力真实塑性应变曲线得到第二真实应力真实塑性应变曲线，具体包括：
在第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力大于材料的拉伸极限应力σb的情况下，将第一真实应力真实塑性应变曲线上真实应力小于拉伸极限应力σb的曲线部分以及第一真实应力真实塑性应变曲线上真实应力等于拉伸极限应力σb的点与材料的拉伸极限应力和延伸率对应点的连线作为第二真实应力真实塑性应变曲线。
进一步地，根据第一真实应力真实塑性应变曲线的终点修正第一真实应力真实塑性应变曲线得到第二真实应力真实塑性应变曲线，具体包括：
第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力大于材料的拉伸极限应力σb的情况下，将第一真实应力真实塑性应变曲线以及第一真实应力真实塑性应变曲线的终点与终止点的连线作为第二真实应力真实塑性应变曲线，其中所述终止点为第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力和延伸率对应的点。
进一步地，将所述名义应力和名义应变转换成真实应力和真实应变，具体包括：
根据名义应变确定真实应变；
根据名义应力和名义应变确定真实应力。
进一步地，获取曲线部分的至少六个中间点，具体为：曲线上曲率大的区域的中间点密度大于曲线上曲率小的区域的中间点密度。
有益效果：
本发明所涉及的材料塑性应力应变数据获取方法，打破了以往材料塑性应力应变数据必须采用材料的全范围应力应变曲线的条件，并弥补了利用全范围塑性应力应变曲线描述材料进入屈服阶段时的行为不够精确的缺点。
附图说明
图1为根据本发明实施例的在材料典型应力应变曲线上提取模拟点的方法；
图2为根据本发明实施例的补充模拟点的第1种方法；
图3为根据本发明实施例的补充模拟点的第2种方法。
具体实施方式
本发明利用常见的材料典型应力应变曲线或其拟合方程，提取若干模拟点以精确地描述该应力-应变曲线；并将该曲线点对应的名义应力和名义应变转换为真实应力和真实应变，并计算出对应的真实塑性应变；最后合理利用材料的拉伸极限应力及延伸率等材料数据，根据不同情况分别采用两种方法对材料的塑性应力应变数据进行补充，从而得到了可完整描述材料塑性行为的数据。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1至图3。
本发明所述的用于有限元弹塑性模拟的材料塑性应力应变数据获取方法，包括以下步骤：
第一步，如图1所示，在材料的典型应力-应变曲线上延长直线部分，并精确定出曲线开始偏离直线时的应力σp；
第二步，在超过此σp对应点的曲线上提取若干个应变点，并测出相对应的应力点或利用曲线的拟合方程计算出应力点，所提取的应力点应能精确地描述该应力-应变曲线，一般不少于8个点；
第三步，一般材料应力应变曲线是以名义应力和名义应变给出的，有限元模拟需输入材料的真实应力与真实塑性应变。利用以下公式(1)、(2)、(3)将各点的名义应力σnom和名义应变εnom转换为真实应力σ和真实应变ε，并计算出对应的真实塑性应变εpl，从而得到一组真实塑性应变与对应真实应力的数据；
ε＝ln(1+εnom)
σ＝σnom(1+εnom)
εpl＝ε-εel＝ε-σ/E
其中，σnom为名义应力，εnom为名义应变，σ为真实应力，ε为真实应变，εel为真实弹性应变，εpl为真实塑性应变，E为弹性模型。
第四步，如图2所示，当原数组最后一点的应力小于σb时，则补充以材料的σb及材料的延伸率δ作为数组新的最后一点。当结构主要受拉时，可认为当最大应力点的塑性应变达到δ时结构发生失效破坏。
第五步，如图3所示，当数组最后一点的真实应力大于材料的σb时，分为以下两种处理方法：
(1)保守计算可截取材料的σb及其对应的塑性应变作为数组的倒数第二点，并补充以材料的σb及延伸率δ作为数据的最后一点，即认为该阶段材料进入理想弹塑性。
(2)也可补充以数组最后一点对应的应力及延伸率δ作为数据的最后一点，该阶段材料同样进入理想弹塑性。
Claims (3)
1.一种材料塑性应力应变数据获取方法，其特征在于，包括：
根据材料的典型应力应变曲线、材料的拉伸极限应力σb、延伸率确定材料塑性应力应变数据，具体包括：获取材料的典型应力应变曲线，所述典型应力应变曲线包括直线部分和曲线部分；获取曲线部分的起点、终点以及至少六个中间点对应的名义应力和名义应变；将所述名义应力和名义应变转换成真实应力和真实应变；根据所述真实应力和真实应变确定真实塑形应变；根据曲线部分的起点、终点以及至少六个中间点对应的真实应力和真实塑形应变进行描点连线作为第一真实应力真实塑性应变曲线；根据第一真实应力真实塑性应变曲线的终点修正第一真实应力真实塑性应变曲线得到第二真实应力真实塑性应变曲线，第二真实应力真实塑性应变曲线上的点即材料塑性应力应变数据；
根据第一真实应力真实塑性应变曲线的终点修正第一真实应力真实塑性应变曲线得到第二真实应力真实塑性应变曲线，具体包括：
第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力小于材料的拉伸极限应力σb的情况下，将第一真实应力真实塑性应变曲线以及第一真实应力真实塑性应变曲线终点与材料的拉伸极限应力和延伸率对应点的连线作为第二真实应力真实塑性应变曲线；
在第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力大于材料的拉伸极限应力σb的情况下，将第一真实应力真实塑性应变曲线上真实应力小于拉伸极限应力σb的曲线部分以及第一真实应力真实塑性应变曲线上真实应力等于拉伸极限应力σb的点与材料的拉伸极限应力和延伸率对应点的连线作为第二真实应力真实塑性应变曲线；
第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力大于材料的拉伸极限应力σb的情况下，将第一真实应力真实塑性应变曲线以及第一真实应力真实塑性应变曲线的终点与终止点的连线作为第二真实应力真实塑性应变曲线，其中所述终止点为第一真实应力真实塑性应变曲线的终点的真实应力和延伸率对应的点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述名义应力和名义应变转换成真实应力和真实应变，具体包括：
根据名义应变确定真实应变；
根据名义应力和名义应变确定真实应力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取曲线部分的至少六个中间点，具体为：曲线上曲率大的区域的中间点密度大于曲线上曲率小的区域的中间点密度。
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