CN116189831B - 一种铝合金低温断裂延伸率的测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料力学性能技术,揭露了一种铝合金低温断裂延伸率的测量方法,包括:对铝合金进行标距长度测量,得到铝合金的温度长度曲线;构建有限元仿真模型,利用有限元仿真模型、拉伸速率及温度阈值对铝合金进行拉伸,得到铝合金的应力应变曲线;根据温度阈值将应力应变曲线及温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线;根据温度阈值及断裂延伸曲线确定铝合金的原始标距长度集合和应变值集合,根据应变值集合及原始标距长度集合确定铝合金断裂后的断裂标距长度集合;根据原始标距长度集合及断裂标距长度集合计算铝合金的断裂延伸率。本发明还提出一种铝合金低温断裂延伸率的测量系统。本发明可以提高低温断裂延伸率测量精确度。
Description
技术领域
本发明涉及材料力学性能技术领域,尤其涉及一种铝合金低温断裂延伸率的测量方法及系统。
背景技术
随着高新技术的飞速发展,对低温材料的需求更加迫切。例如铝合金在低温下合金相对稳定,密度低,因此作为一种重要的低温材料被应用。但为了对铝合金在低温条件下的力学性能测量更加精确,需要在多个温度下进行拉伸试验,以进行铝合金力学性能中的延伸率测量。
现有的断裂延伸率测量技术是在液氮环境下进行拉伸试验并记录抗拉强度和屈服强度,将断后试样放在常温下测量标距长度,得到延伸率。实际应用中,需要在低温下测量断裂延伸率,仅考虑断前断后都在室温下测量标距长度,可能导致测量结果存在一定的误差,从而对铝合金进行低温断裂延伸率测量时的精确度较低。
发明内容
本发明提供一种铝合金低温断裂延伸率的测量方法及系统,其主要目的在于解决进行低温断裂延伸率测量时的精确度较低的问题。
为实现上述目的,本发明提供的一种铝合金低温断裂延伸率的测量方法,包括:
S1、根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线;
S2、对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线,其中所述利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线,包括:
S21、在所述有限元仿真模型中设置所述拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸,得到拉伸参数;
S22、利用如下的应力应变公式根据所述拉伸参数计算所述铝合金试样的应力及应变:
其中,γ为所述应力,ε为所述应变,F为所述拉伸参数中的拉伸载荷,π为圆周率,D0为拉伸颈缩阶段的截面半径,L0为拉伸颈缩阶段的试样长度,ΔL1为拉伸颈缩阶段后标距段的伸长量,D为试铝合金试样标距段原始直径,ln为对数函数;
S23、利用预设的应力应变对应关系将所述应力及所述应变生成所述应力应变曲线;
S3、根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线;
S4、根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合;
S5、根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率。
可选地,所述根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线,包括:
根据所述温度阈值确定室温阈值和低温阈值;
在所述室温阈值下对所述铝合金试样进行标距长度测量,得到室温标距长度,在所述低温阈值下对所述铝合金试样进行标距长度测量,得到低温标距长度;
根据所述室温阈值、所述低温阈值、所述室温标距长度及所述低温标距长度生成所述铝合金试样的温度长度曲线。
可选地,所述对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,包括:
将所述铝合金试样进行网格化,得到网格铝合金试样;
对所述网格铝合金试样的两端添加约束条件;
将所述约束条件及预先生成的本构模型参数嵌入至有限元程序中,得到所述有限元仿真模型。
可选地,在所述将所述约束条件及预先生成的本构模型参数嵌入至有限元程序之前,还包括:
获取所述铝合金试样的应变速率参数和温度变化参数;
利用如下的实验应力方程根据所述应变速率参数及所述温度变化参数计算所述铝合金试样的实验应力:
σ={(1-δ1)[A+B(1-exp(-nβ))]+δ1[A+Cβn]}δ2
其中,σ为所述实验应力,δ1为修正系数,A为所述铝合金试样的屈服程度,B为所述铝合金试样的硬化系数,exp为指数函数,n为所述铝合金试样的硬化指数,β为真实塑性应变,C为所述应变速率参数,δ2为所述温度变化参数;
将所述实验应力及预设的铝合金材料参数作为所述本构模型参数。
可选地,所述根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线,包括:
根据每个所述温度阈值提取所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值;
提取所述温度长度曲线中每个所述温度阈值对应的标距长度;
将所述应变值及所述标距长度进行应变长度联合,得到所述断裂延伸曲线。
可选地,所述根据每个所述温度阈值提取所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值,包括:
利用如下的断裂算法计算每个所述温度阈值中所述铝合金试样的断裂指数:
其中,E为所述断裂指数,α为等效塑性应变临界值,exp为指数函数,γx为所述铝合金试样在x轴上的应力值,,γy为所述铝合金试样在y轴上的应力值,γz为所述铝合金试样在z轴上的应力值,γe为所述铝合金试样的等效应力,dγ为对γ积分,为所述铝合金试样的最大空穴扩张能力参数;
根据所述断裂指数确定所述断裂点对应的应力值;
根据所述应力值确定所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值。
可选地,所述根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,包括:
根据每个所述温度阈值提取所述断裂延伸曲线中的每个原始标距长度;
在所述断裂延伸曲线中根据每个所述原始标距长度选取所述应变值;
汇集所述原始标距长度为所述原始标距长度集合,汇集所述应变值为所述应变值集合。
可选地,所述根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合,包括:
按照预设的应变长度对应关系将所述应变值集合中的应变值与所述原始标距长度集合中的原始标距长度进行相加,得到断裂标距长度;
汇集所述断裂标距长度为所述断裂标距长度集合。
可选地,所述根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率,包括:
利用如下的延伸率公式根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述断裂延伸率:
其中,τ为所述断裂延伸率,hi为所述断裂标距长度集合中第i个断裂标距长度,ki为所述原始标距长度集合中第i个原始标距长度,N为标距长度数量。
为了解决上述问题,本发明还提供一种铝合金低温断裂延伸率的测量系统,所述系统包括标距长度测量模块、应力应变曲线生成模块、应变长度联合模块、断裂标距长度集合确定模块及断裂延伸率计算模块,其中,
所述标距长度测量模块,用于根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线;
所述应力应变曲线生成模块,用于对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线;
所述应变长度联合模块,用于根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线;
所述断裂标距长度集合确定模块,用于根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合;
所述断裂延伸率计算模块,用于根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率。
本发明实施例通过在不同的温度阈值下对铝合金试样的原始标距长度进行测量,得到温度长度曲线,可实现在不同的低温阈值下进行较精确的测量;在有限元仿真模型中对铝合金试样进行拉伸模拟,可得到应力应变曲线,实现实际的拉伸模拟实验,更加直观的观察应力应变的变化;在不同的温度阈值下对温度长度曲线和应力应变曲线进行联合,可得到反映原始标距长度和应变之间关系的断裂延伸曲线,进而根据断裂延伸曲线确定断裂标距长度集合;根据断裂标距长度集合和原始标距长度集合可计算铝合金试样的断裂延伸率,从而实现在不同的低温阈值下计算断裂延伸率,根据断裂延伸率均值更加准确的表示铝合金试样的断裂延伸率,从而提高了在低温下铝合金断裂延伸率的精确度。因此本发明提出的铝合金低温断裂延伸率的测量方法及系统,可以解决进行低温断裂延伸率测量时的精确度较低的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的铝合金低温断裂延伸率的测量方法的流程示意图;
图2为本发明一实施例提供的生成应力应变曲线的流程示意图;
图3为本发明一实施例提供的确定断裂延伸曲线的流程示意图;
图4为本发明一实施例提供的铝合金低温断裂延伸率的测量系统的功能模块图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本申请实施例提供一种铝合金低温断裂延伸率的测量方法。所述铝合金低温断裂延伸率的测量方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本申请实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之,所述铝合金低温断裂延伸率的测量方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行,所述软件可以是区块链平台。所述服务端包括但不限于:单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。所述服务器可以是独立的服务器,也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content DeliveryNetwork,CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
参照图1所示,为本发明一实施例提供的铝合金低温断裂延伸率的测量方法的流程示意图。在本实施例中,所述铝合金低温断裂延伸率的测量方法包括:
S1、根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线;
本发明实施例中,铝合金材料具有密度低、无磁性、低温下合金相稳定、在磁场中比电阻小、气密封闭好、感应放射能衰减快等特性,铝合金在低温条件下拉伸性能提高、韧性改善、疲劳强度增加,因而作为一种重要的低温材料被研究和应用,可以研究铝合金在低温条件下的断裂延伸率。
详细地,所述温度阈值是指不同的温度条件,如常温、低温或高温,即随着温度的变化测量铝合金试样的标距长度。所述标距长度为试样应变或长度变化的试样部分的原始长度。
本发明实施例中,所述温度长度曲线是随着温度的变化铝合金试样的标距长度的变化,即生成所述温度长度曲线。
本发明实施例中,所述根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线,包括:
根据所述温度阈值确定室温阈值和低温阈值;
在所述室温阈值下对所述铝合金试样进行标距长度测量,得到室温标距长度,在所述低温阈值下对所述铝合金试样进行标距长度测量,得到低温标距长度;
根据所述室温阈值、所述低温阈值、所述室温标距长度及所述低温标距长度生成所述铝合金试样的温度长度曲线。
详细地,所述温度阈值包括室温和低温,即分别在室温和低温下对铝合金试样的标距长度进行测量,首先在室温下利用游标卡尺对铝合金试样的标距长度进行测量,得到室温下的标距长度;在低温阈值下对铝合金试样进行标距长度测量,首先要进行低温合成,即利用低温恒温器装置进行低温合成或者利用液化气体、微型制冷及超低温技术等手段获取低温,然后在低温条件下对铝合金试样测量标距长度。可以从室温条件下至低温条件下依次测量铝合金试样的标距长度。
具体地,根据在室温阈值下对应的室温标距长度,在低温阈值下对应的低温标距长度,可以形成多个对应点,将对应点进行相连生成铝合金试样的温度长度曲线。如室温阈值是300k,在300k的条件下对铝合金试样的原始标距长度为50毫米;低于室温的温度都可以称为低温,可以在低温条件下设置多个低温阈值,如250k、200k、150k、120k等,分别在不同的低温阈值下测量铝合金试样的原始标距长度并记录下来。根据不同的温度阈值对应的原始标距长度形成不同的对应点,即将对应点相连生成铝合金试样的温度长度曲线。
进一步地,在形成铝合金试样温度长度曲线,记录不同的温度对应不同的原始标距长度之后,需要对铝合金的断裂长度进行测量,因此要进行拉伸试验。
S2、对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线;
本发明实施例中,所述有限元仿真模型是运用有限元分析方法时候建立的模型,是一组仅在节点连接、仅靠节点传力、仅在节点处受约束的单元组合体。利用有限元仿真模型对铝合金进行拉伸模拟试验,以得到拉伸变化过程,从而确定铝合金试样的应力应变曲线。
本发明实施例中,所述对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,包括:
将所述铝合金试样进行网格化,得到网格铝合金试样;
对所述网格铝合金试样的两端添加约束条件;
将所述约束条件及预先生成的本构模型参数嵌入至有限元程序中,得到所述有限元仿真模型。
详细地,网格划分是建立有限元模型的中心工作,模型的合理性在很大程度上由网格形式决定,即网格化在建模过程中是非常关键的一步,需要考虑网格数量、疏密、布局、位移协调性等。利用有限元分析软件(ABAQUS)对铝合金试样进行网格化,为了提高仿真的精度,在进行网格化的过程中几何尺寸和实验所选试样保持一致。
具体地,所述约束条件为在网格铝合金试样的一端边缘加固定约束,如在模型上施加了力和位移约束,在试样的另一端施加固定载荷进行单元拉伸;所述模型参数为应变速率与变形温度等。将约束条件和本构模型中的各项参数嵌入至有限元程序中,并对模型采用单元删除法模拟铝合金试样在拉伸时产生裂纹和断裂的过程。
本发明实施例中,在所述将所述约束条件及预先生成的本构模型参数嵌入至有限元程序之前,还包括:
获取所述铝合金试样的应变速率参数和温度变化参数;
利用如下的实验应力方程根据所述应变速率参数及所述温度变化参数计算所述铝合金试样的实验应力:
σ={(1-δ1)[A+B(1-exp(-nβ))]+δ1[A+Cβn]}δ2
其中,σ为所述实验应力,δ1为修正系数,A为所述铝合金试样的屈服程度,B为所述铝合金试样的硬化系数,exp为指数函数,n为所述铝合金试样的硬化指数,β为真实塑性应变,C为所述应变速率参数,δ2为所述温度变化参数;
将所述实验应力及预设的铝合金材料参数作为所述本构模型参数。
详细地,所述铝合金试样的应变速率参数和温度变化参数可通过实验室获得。所述应变速率参数是指单位时间内发生的应变,即应变对时间的变化率;所述温度变化参数是指根据不同的温度,如在室温或低温下控制温度变化。
具体地,所述实验应力方程中的硬化系数B和硬化指数n均可从实验中铝合金试样的屈服阶段和颈缩阶段的数据利用最小二乘法拟合得到的,并且所述应力方程中的补正系数δ1是对实验应力进行补正,可以提高计算实验应力的准确度,为了后续提高构建有限元仿真模型的仿真精度。
进一步地,根据构建的有限元仿真模型对铝合金试样进行拉伸试验模拟,以得到拉伸变化过程,从而确定铝合金试样的应力应变曲线。
本发明实施例中,所述应力应变曲线的横坐标是应变,纵坐标是外加的应力。曲线的形状反应材料在外力作用下发生的脆性、塑性、屈服、断裂等各种形变过程,包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形四个阶段。
本发明实施例中,参图2所示,所述利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线,包括:
S21、在所述有限元仿真模型中设置所述拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸,得到拉伸参数;
S22、利用如下的应力应变公式根据所述拉伸参数计算所述铝合金试样的应力及应变:
其中,γ为所述应力,ε为所述应变,F为所述拉伸参数中的拉伸载荷,π为圆周率,D0为拉伸颈缩阶段的截面半径,L0为拉伸颈缩阶段的试样长度,ΔL1为拉伸颈缩阶段后标距段的伸长量,D为试铝合金试样标距段原始直径,ln为对数函数;
S23、利用预设的应力应变对应关系将所述应力及所述应变生成所述应力应变曲线。
详细地,利用有限元仿真模型对铝合金进行拉伸模拟,首先要确定拉伸速率和一定的温度阈值。其中,温度阈值在设置时主要是对低温下多个温度阈值下进行拉伸,如在低温阈值分别为250k、200k、150k、120k进行拉伸,可得到不同的低温条件下的应力应变曲线,以使在低温下对铝合金试样测量断裂延伸率更加准确。
具体地,在拉伸的过程中,可以分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形四个阶段,铝合金试样标距段最初发生弹性变形,然后发生均匀变形,在载荷达到材料的名义抗拉强度后,试样会发生颈缩,为了计算真实的应力应变曲线,就需要计算出在颈缩段的真实应力应变曲线,即在拉伸过程中,记录拉伸参数,用来计算真实的应力应变曲线。其中,所述拉伸参数包括拉伸载荷,试样的截面半径和原始截面半径,原始标距长度以及颈缩阶段的伸长量和试样的截面半径。
进一步地,根据应力应变的对应关系,即应力应变是一一对应的,根据应力和应变的对应生成真实的应力应变曲线,用于后续为计算铝合金试样的断裂延伸率提供数据。
S3、根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线;
本发明实施例中,所述断裂延伸曲线是指应变值与原始标距长度的对应关系,即在应变值一定的基础上确定原始标距的长度值。
本发明实施例中,参图3所示,所述根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线,包括:
S31、根据每个所述温度阈值提取所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值;
S32、提取所述温度长度曲线中每个所述温度阈值对应的标距长度;
S33、将所述应变值及所述标距长度进行应变长度联合,得到所述断裂延伸曲线。
详细地,在每个所述温度阈值下都会得到一个对应的应力应变曲线,在每个应力应变曲线中提取出断裂点对应的应变值,如在温度阈值为250K时提取一个断裂点对应的应变值,在温度阈值为200K时提取一个断裂点对应的应变值等。在所述温度长度曲线中可以根据选取的断裂点对应的应变值所对应的温度阈值下选取标距长度,例如在温度阈值为250K时,选取对应的原始标距长度;在温度阈值为200K时,选取的对应的原始标距长度。
本发明实施例中,所述根据每个所述温度阈值提取所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值,包括:
利用如下的断裂算法计算每个所述温度阈值中所述铝合金试样的断裂指数:
其中,E为所述断裂指数,α为等效塑性应变临界值,exp为指数函数,γx为所述铝合金试样在x轴上的应力值,,γy为所述铝合金试样在y轴上的应力值,γz为所述铝合金试样在z轴上的应力值,γe为所述铝合金试样的等效应力,dγ为对γ积分,为所述铝合金试样的最大空穴扩张能力参数;
根据所述断裂指数确定所述断裂点对应的应力值;
根据所述应力值确定所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值。
详细地,所述断裂指数是指在对铝合金试样进行拉伸模拟时,在试样中施加多少力才能使试样断裂。所述断裂算法是对应力三轴度施加应力,使得到的断裂指数更加精确,以便对后续数据的分析。
具体地,根据断裂指数可以确定铝合金试样在断裂时对试样所施加的应力,并以此应力确定断裂点,进而根据应力应变曲线找到此断裂点应力所对应的应变值,即提取到所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值。
进一步地,根据在每个所述温度阈值下选取的应变值和原始标距长度可进行联合,进而得到断裂延伸曲线。如在温度阈值为250K时,选取的应变值为3,原始标距长度为10;在温度阈值200K时,选取的应变值为5,原始标距长度为15等,因此可根据应变值和原始标距长度可进行联合,进而得到断裂延伸曲线。
S4、根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合;
本发明实施例中,所述断裂延伸曲线中包含铝合金试样的在进行拉伸后的应变值和拉伸前的原始标距长度。根据不同的温度阈值可以获得多个应变值与原始标距长度的对应关系。
本发明实施例中,所述根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,包括:
根据每个所述温度阈值提取所述断裂延伸曲线中的每个原始标距长度;
在所述断裂延伸曲线中根据每个所述原始标距长度选取所述应变值;
汇集所述原始标距长度为所述原始标距长度集合,汇集所述应变值为所述应变值集合。
详细地,根据不同的温度阈值可在所述断裂延伸曲线中获取对应的原始标距长度,进而根据标距长度确定应变值。如在温度阈值为250K时,原始标距长度为10,根据原始标距长度可以在断裂延伸曲线中选取原始标距长度为10对应的应变值;在温度阈值为200K时,原始标距长度为15,根据原始标距长度可以在断裂延伸曲线中选取原始标距长度为15对应的应变值,最终可得到原始标距长度集合及应变值集合。
具体地,根据原始标距长度集合和应变值集合可以计算出铝合金试样断裂后的多个断裂标距长度,即断裂标距长度集合,进而可以根据断裂标距长度计算不同低温条件下的铝合金试样的断裂延伸率。
本发明实施例中,所述根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合,包括:
按照预设的应变长度对应关系将所述应变值集合中的应变值与所述原始标距长度集合中的原始标距长度进行相加,得到断裂标距长度;
汇集所述断裂标距长度为所述断裂标距长度集合。
详细地,所述应变长度对应关系是指在不同的温度阈值下,在所述断裂延伸曲线中的对应关系,将应变值与原始标距长度进行相加就可以得到试样断裂后的断裂标距长度,将多个断裂标距长度进行汇集,即得到所述断裂标距集合。
具体地,在确定原始标距长度集合和断裂标距长度集合之后,即可根据在不同的低温阈值下计算铝合金试样的断裂延伸率,保证得到的断裂延伸率更加准确。
S5、根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率。
本发明实施例中,所述断裂延伸率是指铝合金试样标距段的总变形与原标距长度之比的百分数,是描述材料塑性性能的指标。
本发明实施例中,所述根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率,包括:
利用如下的延伸率公式根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述断裂延伸率:
其中,τ为所述断裂延伸率,hi为所述断裂标距长度集合中第i个断裂标距长度,ki为所述原始标距长度集合中第i个原始标距长度,N为标距长度数量。
详细地,所述原始标距长度集合和所述断裂标距长度集合是在不同的低温阈值下获得的,测量低温条件下的铝合金试样的断裂延伸率,即根据在低温条件下的多个低温阈值进行测量,确保铝合金试样的断裂延伸率计算的准确性,提高了铝合金低温断裂延伸率测量的精确度。
本发明实施例通过在不同的温度阈值下对铝合金试样的原始标距长度进行测量,得到温度长度曲线,可实现在不同的低温阈值下进行较精确的测量;在有限元仿真模型中对铝合金试样进行拉伸模拟,可得到应力应变曲线,实现实际的拉伸模拟实验,更加直观的观察应力应变的变化;在不同的温度阈值下对温度长度曲线和应力应变曲线进行联合,可得到反映原始标距长度和应变之间关系的断裂延伸曲线,进而根据断裂延伸曲线确定断裂标距长度集合;根据断裂标距长度集合和原始标距长度集合可计算铝合金试样的断裂延伸率,从而实现在不同的低温阈值下计算断裂延伸率,根据断裂延伸率均值更加准确的表示铝合金试样的断裂延伸率,从而提高了在低温下铝合金断裂延伸率的精确度。因此本发明提出的铝合金低温断裂延伸率的测量方法及系统,可以解决进行低温断裂延伸率测量时的精确度较低的问题。
如图4所示,是本发明一实施例提供的铝合金低温断裂延伸率的测量系统的功能模块图。
本发明所述铝合金低温断裂延伸率的测量系统100可以安装于电子设备中。根据实现的功能,所述铝合金低温断裂延伸率的测量系统100可以包括标距长度测量模块101、应力应变曲线生成模块102、应变长度联合模块103、断裂标距长度集合确定模块104及断裂延伸率计算模块105。本发明所述模块也可以称之为单元,是指一种能够被电子设备处理器所执行,并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段,其存储在电子设备的存储器中。
在本实施例中,关于各模块/单元的功能如下:
所述标距长度测量模块101,用于根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线;
所述应力应变曲线生成模块102,用于对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线;
所述应变长度联合模块103,用于根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线;
所述断裂标距长度集合确定模块104,用于根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合;
所述断裂延伸率计算模块105,用于根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率。
详细地,本发明实施例中所述铝合金低温断裂延伸率的测量系统100中所述的各模块在使用时采用与上述图1至图3中所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法一样的技术手段,并能够产生相同的技术效果,这里不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。
因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。
本申请实施例可以基于人工智能技术对相关的数据进行获取和处理。其中,人工智能(Artificial Intelligence,AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能,感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。
此外,显然“包括”一词不排除其他单元或步骤,单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或系统也可以由一个单元或系统通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述方法包括:
S1、根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线;
S2、对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线,其中所述利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线,包括:
S21、在所述有限元仿真模型中设置所述拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸,得到拉伸参数;
S22、利用如下的应力应变公式根据所述拉伸参数计算所述铝合金试样的应力及应变:
其中,为所述应力,/>为所述应变,/>为所述拉伸参数中的拉伸载荷,/>为圆周率,/>为拉伸颈缩阶段的截面半径,/>为拉伸颈缩阶段的试样长度,/>为拉伸颈缩阶段后标距段的伸长量,/>为铝合金试样标距段原始直径,/>为对数函数;
S23、利用预设的应力应变对应关系将所述应力及所述应变生成所述应力应变曲线;
S3、根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线;
S4、根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合;
S5、根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率。
2.如权利要求1所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线,包括:
根据所述温度阈值确定室温阈值和低温阈值;
在所述室温阈值下对所述铝合金试样进行标距长度测量,得到室温标距长度,在所述低温阈值下对所述铝合金试样进行标距长度测量,得到低温标距长度;
根据所述室温阈值、所述低温阈值、所述室温标距长度及所述低温标距长度生成所述铝合金试样的温度长度曲线。
3.如权利要求1所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,包括:
将所述铝合金试样进行网格化,得到网格铝合金试样;
对所述网格铝合金试样的两端添加约束条件;
将所述约束条件及预先生成的本构模型参数嵌入至有限元程序中,得到所述有限元仿真模型。
4.如权利要求3所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,在所述将所述约束条件及预先生成的本构模型参数嵌入至有限元程序之前,还包括:
获取所述铝合金试样的应变速率参数和温度变化参数;
利用如下的实验应力方程根据所述应变速率参数及所述温度变化参数计算所述铝合金试样的实验应力:
其中,为所述实验应力,/>为修正系数,/>为所述铝合金试样的屈服程度,/>为所述铝合金试样的硬化系数,/>为指数函数,/>为所述铝合金试样的硬化指数,/>为真实塑性应变,/>为所述应变速率参数,/>为所述温度变化参数;
将所述实验应力及预设的铝合金材料参数作为所述本构模型参数。
5.如权利要求1所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线,包括:
根据每个所述温度阈值提取所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值;
提取所述温度长度曲线中每个所述温度阈值对应的标距长度;
将所述应变值及所述标距长度进行应变长度联合,得到所述断裂延伸曲线。
6.如权利要求5所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述根据每个所述温度阈值提取所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值,包括:
利用如下的断裂算法计算每个所述温度阈值中所述铝合金试样的断裂指数:
其中,为所述断裂指数,/>为等效塑性应变临界值,/>为指数函数,/>为所述铝合金试样在/>轴上的应力值,/>为所述铝合金试样在/>轴上的应力值,/>为所述铝合金试样在/>轴上的应力值,/>为所述铝合金试样的等效应力,/>为对/>积分,/>为所述铝合金试样的最大空穴扩张能力参数;
根据所述断裂指数确定所述断裂点对应的应力值;
根据所述应力值确定所述应力应变曲线中断裂点对应的应变值。
7.如权利要求1所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,包括:
根据每个所述温度阈值提取所述断裂延伸曲线中的每个原始标距长度;
在所述断裂延伸曲线中根据每个所述原始标距长度选取所述应变值;
汇集所述原始标距长度为所述原始标距长度集合,汇集所述应变值为所述应变值集合。
8.如权利要求1所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合,包括:
按照预设的应变长度对应关系将所述应变值集合中的应变值与所述原始标距长度集合中的原始标距长度进行相加,得到断裂标距长度;
汇集所述断裂标距长度为所述断裂标距长度集合。
9.如权利要求1所述的铝合金低温断裂延伸率的测量方法,其特征在于,所述根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率,包括:
利用如下的延伸率公式根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述断裂延伸率:
其中,为所述断裂延伸率,/>为所述断裂标距长度集合中第/>个断裂标距长度,/>为所述原始标距长度集合中第/>个原始标距长度,/>为标距长度数量。
10.一种铝合金低温断裂延伸率的测量系统,其特征在于,所述系统包括标距长度测量模块、应力应变曲线生成模块、应变长度联合模块、断裂标距长度集合确定模块及断裂延伸率计算模块,其中,
所述标距长度测量模块,用于根据预设的温度阈值对预设的铝合金试样进行标距长度测量,得到所述铝合金试样的温度长度曲线;
所述应力应变曲线生成模块,用于对所述铝合金试样构建有限元仿真模型,利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线,其中所述利用所述有限元仿真模型、预设的拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸模拟,得到所述铝合金试样的应力应变曲线,包括:在所述有限元仿真模型中设置所述拉伸速率及所述温度阈值对所述铝合金试样进行拉伸,得到拉伸参数;利用如下的应力应变公式根据所述拉伸参数计算所述铝合金试样的应力及应变:
其中,为所述应力,/>为所述应变,/>为所述拉伸参数中的拉伸载荷,/>为圆周率,/>为拉伸颈缩阶段的截面半径,/>为拉伸颈缩阶段的试样长度,/>为拉伸颈缩阶段后标距段的伸长量,/>为铝合金试样标距段原始直径,/>为对数函数;
所述应变长度联合模块,用于根据所述温度阈值将所述应力应变曲线及所述温度长度曲线进行应变长度联合,得到断裂延伸曲线;
所述断裂标距长度集合确定模块,用于根据所述温度阈值及所述断裂延伸曲线确定所述铝合金试样的原始标距长度集合和应变值集合,根据所述应变值集合及所述原始标距长度集合确定所述铝合金试样断裂后的断裂标距长度集合;
所述断裂延伸率计算模块,用于根据所述原始标距长度集合及所述断裂标距长度集合计算所述铝合金试样的断裂延伸率。
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