CN116609201A - 一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法 - Google Patents

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CN116609201A CN202310293341.1A CN202310293341A CN116609201A CN 116609201 A CN116609201 A CN 116609201A CN 202310293341 A CN202310293341 A CN 202310293341A CN 116609201 A CN116609201 A CN 116609201A
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李新
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Abstract

本发明涉及热力模拟试验技术领域,尤其涉及一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法。本发明通过建立试样浸入溶液过程中引起的体积增量与试样下降距离或试样匀速下降时间的关系曲线,找到试样在断前横截面面积与曲线斜率的关系,以此获取试样高温拉伸过程中的横截面面积的变化情况,不论试样在拉伸过程中变形是否均匀,都可以准确地获取试样在拉伸过程中的真应力,从而获得准确的真应力应变曲线。通过分析材料的变形特征,找出与变形过程中的力值对应的试样横截面面积,以有效地获取材料在高温拉伸过程中的真应力应变曲线。

Description

一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法
技术领域
本发明涉及热力模拟试验技术领域,尤其涉及一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法。
背景技术
材料的塑性和韧性是反应材料特性的重要性能参数,真应力-应变曲线是材料在拉伸过程中塑性变形规律的真实反映,是确定材料真实破坏强度和材料抵抗形变能力的重要依据。
目前,主要采用热力模拟试验机和材料力学试验机进行高温拉伸试验,基于高温拉伸试验数据研究材料高温力学性能和进行轧制力预测。上述试验设备内嵌有力传感器,可直接获取材料在整个试验过程受到的力值。
但是,上述设备却没有配备能够直接获取材料在试验过程中横截面面积变化情况的装置。在试验过程中,试验机可以通过相应的传感器获得材料的温度、变形量、力值以及应力值等参数。对于高温拉伸试验数据中重要参数之一的应力值,设备能够准确采集得到的只能是试样承受的载荷力值,难于获取试样随拉伸过程变化的横截面面积,尤其是当试样在高温拉伸过程中若发生变形不均匀现象时,更增大了获取试样横截面面积的难度,而应力是载荷力值与其相对应的试样的横截面面积的比值。因此,通过现有技术难于实现对拉伸过程中应力值进行精确测量。
通过高温拉伸的方法得到材料拉伸试验数据,并以此数据为基础,进行回归拟合得到应力应变曲线,并考虑变形速率和变形温度对流变应力的影响,以获得高精度的轧制力预报值,是目前研究材料高温强度和预测轧机的轧制力的一种传统方法。但是,对于真应力应变曲线的测量始终存在局限性;因此,开发一种测定拉伸实验真应力的方法具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法。不论试样在拉伸过程中变形是否均匀,都能够准确地获取试样在拉伸过程中的真应力,从而获得准确的真应力应变曲线。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,该方法具体包括如下步骤:
步骤1)选用长为L0,mm,的棒状圆柱体模拟试样,通过热力模拟试验机,按照预定的实验方案对模拟试样进行加热、保温、降温,然后进行拉伸,拉伸速率为Vt,mm/s,直至将试样拉断,得到断成两段的试样。
将两段试样进行对接共轴成为一个整体,通过磁化或粘连将两段试样接合成试样拉伸断开瞬间时的状态。
步骤2)取一盛满足量溶液的容器,置于水平面上,采用不与试样发生反应的溶液。
将步骤1)中两段对接好的试样轴线垂直于溶液的液面,沿着垂直于溶液液面的方向,缓慢置于该溶液内。在置入的过程中,可以采用两种方式:一是每次下降相同的距离d,mm;二是试样匀速下降,下降速度为vd,mm/s。
下降时,记录溶液液面的升高H,mm;溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml。
步骤3)绘制溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml和试样下降距离d之间的关系曲线,或溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml和试样下降时间t之间的关系曲线。
试样刚浸入溶液时,曲线呈现直线上升。当试样的台状部分浸入溶液时,曲线的斜率也随之减小。试样继续下降到另一段时,曲线的斜率也随之增大。最后,曲线又呈直线上升状态。
步骤4)对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降距离d或曲线的斜率随着试样下降时间的变化关系曲线,曲线斜率对应体积增量ΔV,ml。
曲线最大值对应试样最大横截面面积S1,mm2,曲线最小值对应试样最小横截面面积S2,mm2,试样断口处的横截面面积最小即为S2,曲线由最大值至最小值试样下降距离设为Δd,mm,曲线由最大值至最小值试样下降时间设为Δt,s。
步骤5)对曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行多项式拟合,得到体积增量ΔV和下降距离或下降时间的关系式为:
ΔV=f(d) (1)
ΔV=f(t) (2)
曲线最大值对应体积增量为ΔV0,对应试样的最大横截面面积S1,即试样原始横截面面积,这两个参量均为已知,设两者比值为K,则
体积增量ΔV与试样横截面面积S成正比,则
把公式(4)分别代入公式(1)和公式(2)中,得
S=f(d)K (5)
S=f(t)K (6)
通过公式(5)和公式(6)确立了试样在整个变形区域内的横截面面积的函数。
步骤6)设在进行步骤1)时,试样由拉伸开始拉伸至一定长度所用时间为t1,s,此时拉力值为F1,N,试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为t0,s,若按照试样下降距离计算试样拉伸时间t1后试样的横截面面积,则
将上式代入公式(5)得
其中,Δd,t0,K为常数,可由实验测得;
若按照试样下降时间计算试样拉伸时间t1后试样的横截面面积,则
将上式代入公式(6)得
其中,Δt,t0,K为常数,可由实验测得
公式(8)、(12)为两种方式下,试样在拉伸过程中横截面面积随着拉伸时间t1的变化关系,而试样在拉伸过程中拉力值随着拉伸时间t1的变化关系可由试验机采集相应数据得到,为
F1=g(t1) (11)
则由公式(8)和(11)或(10)和(11)代入下式
得到试样在变形过程中,真应力随着拉伸时间的变化关系
步骤7)真应变与工程应变的关系式为
ε=ln(1+e) (13)
其中,ε为真应变,e为工程应变
由步骤1中,试样原长L0,拉伸速率为Vt,mm/s,则有
将公式(14)代入公式(13)得
步骤8)将公式(12)和(15)联立,可得到拉伸时间为t1的真应力和真应变,取不同的拉伸时间,可以得到不同拉伸时间的真应力和真应变,以此绘制出真应力真应变曲线。
与现有方法相比,本发明的有益效果是:
本发明通过建立试样浸入溶液过程中引起的体积增量与试样下降距离或试样匀速下降时间的关系曲线,找到试样在断前横截面面积与曲线斜率的关系,以此获取试样高温拉伸过程中的横截面面积的变化情况,避免了传统按照体积不变定律确定方法只能处理均匀变形情况的局限,不论试样在拉伸过程中变形是否均匀,都可以准确地获取试样在拉伸过程中的真应力,从而获得准确的真应力应变曲线。
本发明通过分析材料的变形特征,找出与变形过程中的力值对应的试样横截面面积,以有效地获取材料在高温拉伸过程中的真应力应变曲线。
附图说明
图1是本发明溶液与浸入其中的试样的总体积V和试样下降距离d之间的关系曲线示意图;
图2是本发明溶液与浸入其中的试样的总体积V和试样下降时间t之间的关系曲线示意图;
图3是本发明溶液与浸入其中的试样的总体积增量ΔV与试样下降距离d之间的关系曲线示意图;
图4是本发明溶液与浸入其中的试样的总体积增量ΔV与试样下降时间t之间的关系曲线示意图;
图5是本发明实施例1、3测定的溶液与浸入其中的试样的总体积V和试样下降距离d之间的关系曲线图;
图6是本发明实施例1、3测定的溶液与浸入其中的试样的总体积增量ΔV和试样下降距离d之间的关系曲线图;
图7是本发明实施例2、4测定的溶液与浸入其中的试样的总体积V和试样下降时间t之间的关系曲线图;
图8是本发明实施例2、4测定的溶液与浸入溶液部分试样的总体积增量ΔV和试样下降时间t之间的关系曲线;
图9是本发明实施例1、3材料高温拉伸的真应力应变曲线;
图10是本发明实施例2、4材料高温拉伸的真应力应变曲线。
具体实施方式
本发明公开了一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,该方法具体包括如下步骤:
1、通过模拟实验获得试样。选用模拟试样长为L0的棒状圆柱体,通过热力模拟试验机,按照预定的实验方案对模拟试样进行加热、保温、降温,然后在600~1400℃进行拉伸,拉伸速率为Vt,mm/s,直至将试样拉断,得到断成两段的试样。
基于试样在高温下变形行为特点,试样断成两段,每一段近断口处的一端呈台状,其余部分呈圆柱状。将两段试样进行对接共轴成为一个整体,可以通过磁化或粘连将两段试样接合成试样拉伸断开瞬间时的状态。
2、取一盛满足量溶液的容器,置于水平面上,溶液不与试样发生反应。将步骤1中两段对接好的试样轴线垂直于溶液的液面,沿着垂直于溶液液面的方向,缓慢置于该溶液内。在置入的过程中,可以采用两种方式:一是每次下降相同的距离d,mm;二是试样匀速下降,下降速度为vd,mm/s。
下降时,记录溶液液面的升高H,mm;溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml。
3、绘制步骤2中,溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml和试样下降距离d之间的关系曲线,或溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml和试样下降时间t之间的关系曲线,如图1和2所示。
试样刚浸入溶液时,试样使液面上升,使溶液体积产生增量,增量为圆柱体浸入溶液部分的体积,由于圆柱体截面处处相等,因此,曲线呈现直线上升。当试样的台状部分浸入溶液时,此时的截面随着试样的下降,逐渐减小,因此,曲线的斜率也随之减小。试样继续下降到另一段时,此时的截面随着试样的下降,又逐渐增大,因此,曲线的斜率也随之增大,最后,试样的台状部分全部浸入溶液中,溶液体积产生增量又只受圆柱体浸入溶液部分的体积影响,曲线又呈直线上升状态;
4、基于步骤3绘制的曲线分析,对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降距离d或曲线的斜率随着试样下降时间的变化关系曲线,曲线斜率对应体积增量ΔV,ml,如图3和4所示。
曲线最大值对应试样最大横截面面积S1,mm2,曲线最小值对应试样最小横截面面积S2,mm2,试样断口处的横截面面积最小即为S2,曲线由最大值至最小值试样下降距离设为Δd,mm,若下降时间则设为Δt,s。
5、根据步骤4获得的曲线图3和4,对图中曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行多项式拟合,得到体积增量ΔV和下降距离或下降时间的关系式为:
ΔV=f(d) (1)
ΔV=f(t) (2)
图3或图4中的曲线最大值对应体积增量为ΔV0,对应试样的最大横截面面积S1,即试样原始横截面面积,这两个参量均为已知,设两者比值为K
体积增量ΔV与试样横截面面积S成正比,则
把公式(4)分别代入公式(1)和公式(2)中,得
S=f(d)K (5)
S=f(t)K (6)
通过公式(5)和公式(6)确立了试样在整个变形区域内的横截面面积的函数。
6、设在进行步骤1时,试样由拉伸开始拉伸至一定长度所用时间为t1,s,此时拉力值为F1,N,试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为t0,s,若按照试样下降距离计算试样拉伸时间t1后试样的横截面面积,则
将上式代入公式(5)得
其中,Δd,t0,K为常数,可由实验测得;
若按照试样下降时间计算试样拉伸时间t1后试样的横截面面积,则
将上式代入公式(6)得
其中,Δt,t0,K为常数,可由实验测得
公式(8)、(12)为两种方式下,试样在拉伸过程中横截面面积随着拉伸时间t1的变化关系,而试样在拉伸过程中拉力值随着拉伸时间t1的变化关系可由试验机采集相应数据得到,为
F1=g(t1) (11)
则由公式(8)和(11)或(10)和(11)代入下式
得到试样在变形过程中,真应力随着拉伸时间的变化关系
7、真应变与工程应变的关系式为
ε=ln(1+e) (13)
其中,ε为真应变,e为工程应变
由步骤1中,试样原长L0,拉伸速率为Vt,mm/s,则有
将公式(14)代入公式(13)得
8、将公式(12)和(15)联立,可得到拉伸时间为t1的真应力和真应变,取不同的拉伸时间,可以得到不同拉伸时间的真应力和真应变,以此绘制出真应力真应变曲线。
【实施例】
实施例1:一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,该方法具体包括如下步骤:
步骤1、通过模拟实验获得试样。选用材料为一种低碳钢,并加工成模拟试样,尺寸为Φ10×125mm的圆柱体,通过热力模拟试验机,将其加热至1300℃,保温5分钟,之后以3℃/s的速度降温至1000℃,之后保温1分钟进行拉伸,拉伸速率设为6×10-2mm/s,直至将试样拉断,得到断成两段的试样。基于试样在高温下变形行为特点,试样断成两段,每一段近断口处的一端呈台状,其余部分呈圆柱状。将两段试样进行磁化,对接共轴成为一个整体。
步骤2、取一盛满足量水的容器,置于水平面上。将步骤1中两段对接好的试样轴线垂直于水的液面,缓慢置于该溶液内。在置入的过程中,每次下降相同的距离0.5毫米。
步骤3、绘制步骤2中,水与浸入水中部分试样的总体积和试样下降距离之间的关系曲线,如图5所示。
步骤4、基于步骤3绘制的曲线分析,对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降距离d的变化关系曲线,如图6所示。曲线最大斜率K1对应试样最大横截面面积S1,曲线最小斜率K2对应试样最小横截面面积S2,曲线由最大值至最小值试样下降距离为7.75毫米;
步骤5、对步骤4获得的曲线图6分析,对图中曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行三项式拟合,得到体积增量ΔV和下降距离关系式为:
ΔV=115.3-5.78d-0.70d2+0.046d3 (16)
图6中的曲线最大值对应体积增量为78.5mm3,对应试样的最大横截面面积78.5mm2,即试样原始横截面面积,由公式(3)得两者比值K=1mm,将公式(4)代入(16)得
S=115.3-5.78d-0.70d2+0.046d3 (17)
通过公式(17)确立了试样在整个变形区域内的横截面面积的函数。
步骤6、测得试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为76s,由公式(7)得
将上式代入公式(17)得
步骤7、将公式(19)计算得的面积与同一时间设备采集的拉力,公式(11),对应,按照公式(12)计算获得真应力值,然后将所得数值与公式(13)、(14)和(15)获得的真应变相对应,即可获得真应力应变曲线,如图9所示。
实施例2:一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,该方法具体包括如下步骤:
步骤1、通过模拟实验获得试样。选用材料为一种低碳钢,并加工成模拟试样,尺寸为Φ10×125mm的圆柱体,通过热力模拟试验机,将其加热至1300℃,保温5分钟,之后以3℃/s的速度降温至1000℃,之后保温1分钟进行拉伸,拉伸速率设为6×10-2mm/s,直至将试样拉断,得到断成两段的试样。基于试样在高温下变形行为特点,试样断成两段,每一段近断口处的一端呈台状,其余部分呈圆柱状。将两段试样进行磁化,对接共轴成为一个整体。
步骤2、取一盛满足量水的容器,置于水平面上。将步骤1中两段对接好的试样轴线垂直于水的液面,缓慢置于该溶液内。在置入的过程中,试样匀速下降,下降速度为v=1mm/s。
步骤3、绘制步骤2中,水与浸入水中部分试样的总体积和试样下降时间之间的关系曲线,如图7所示。
步骤4、基于步骤3绘制的曲线分析,对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降时间的变化关系曲线,如图8所示。曲线最大斜率K1对应试样最大横截面面积S1,曲线最小斜率K2对应试样最小横截面面积S2,曲线由最大值至最小值试样下降时间为7.76s。
步骤5、对步骤4获得的曲线图8分析,对图中曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行三项式拟合,得到体积增量ΔV和下降时间关系式为:
ΔV=113.6-5.07t-0.79t2+0.05t3 (20)
图8中的曲线最大值对应体积增量为78.5mm3,对应试样的最大横截面面积78.5mm2,即试样原始横截面面积,由公式(3)得两者比值K=1mm,将公式(4)代入(16)得
S=113.6-5.07t-0.79t2+0.05t3 (21)
通过公式(21)确立了试样在整个变形区域内的横截面面积的函数。
步骤6、测得试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为76s,由公式(9)得
将上式代入公式(21)得
步骤7、将公式(23)计算得的面积与同一时间设备采集的拉力,公式(11),对应,按照公式(12)计算获得真应力值,然后将所得数值与公式(13)、(14)和(15)获得的真应变相对应,即可获得真应力应变曲线,如图10所示。
实施例3:
步骤1、通过模拟实验获得试样。选用材料为一种低碳钢,并加工成模拟试样,尺寸为Φ10×125mm的圆柱体,通过热力模拟试验机,将其加热至1300℃,保温5分钟,之后以3℃/s的速度降温至700℃,之后保温1分钟进行拉伸,拉伸速率设为6×10-2mm/s,直至将试样拉断,得到断成两段的试样。基于试样在高温下变形行为特点,试样断成两段,每一段近断口处的一端呈台状,其余部分呈圆柱状。将两段试样进行磁化,对接共轴成为一个整体。
步骤2、取一盛满足量水的容器,置于水平面上。将步骤1中两段对接好的试样轴线垂直于水的液面,缓慢置于该溶液内。在置入的过程中,每次下降相同的距离0.5mm。
步骤3、绘制步骤2中,水与浸入水中部分试样的总体积和试样下降距离之间的关系曲线,如图5所示。
步骤4、基于步骤3绘制的曲线分析,对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降距离d的变化关系曲线,如图6所示。曲线最大斜率K1对应试样最大横截面面积S1,曲线最小斜率K2对应试样最小横截面面积S2,曲线由最大值至最小值试样下降距离为5.15毫米。
步骤5、对步骤4获得的曲线分析,对图中曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行三项式拟合,得到体积增量ΔV和下降距离关系式为:
ΔV=95.3-7.32d-0.56d2+0.061d3 (24)
曲线最大值对应体积增量为78.5mm3,对应试样的最大横截面面积78.5mm2,即试样原始横截面面积,由公式(3)得两者比值K=1mm,将公式(4)代入(24)得
S=95.3-7.32d-0.56d2+0.061d3 (25)
通过公式(25)确立了试样在整个变形区域内的横截面面积的函数;
步骤6、测得试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为56s,由公式(7)得
将上式代入公式(25)得
步骤7、将公式(27)计算得的面积与同一时间设备采集的拉力,公式(11),对应,按照公式(12)计算获得真应力值,然后将所得数值与公式(13)、(14)和(15)获得的真应变相对应,即可获得真应力应变曲线,如图9所示。
实施例4:
步骤1、通过模拟实验获得试样。选用材料为一种低碳钢,并加工成模拟试样,尺寸为Φ10×125mm的圆柱体,通过热力模拟试验机,将其加热至1300℃,保温5分钟,之后以3℃/s的速度降温至700℃,之后保温1分钟进行拉伸,拉伸速率设为6×10-2mm/s,直至将试样拉断,得到断成两段的试样。基于试样在高温下变形行为特点,试样断成两段,每一段近断口处的一端呈台状,其余部分呈圆柱状。将两段试样进行磁化,对接共轴成为一个整体。
步骤2、取一盛满足量水的容器,置于水平面上。将步骤1中两段对接好的试样轴线垂直于水的液面,缓慢置于该溶液内。在置入的过程中,试样匀速下降,下降速度为v=1mm/s。
步骤3、绘制步骤2中,水与浸入水中部分试样的总体积和试样下降时间之间的关系曲线,如图7所示。
步骤4、基于步骤3绘制的曲线分析,对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降时间的变化关系曲线,如图8所示。曲线最大斜率K1对应试样最大横截面面积S1,曲线最小斜率K2对应试样最小横截面面积S2,曲线由最大值至最小值试样下降时间为5.15s。
步骤5、对步骤4获得的曲线图分析,对图中曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行三项式拟合,得到体积增量ΔV和下降时间关系式为:
ΔV=92.1-4.27t-1.06t2+0.039t3 (28)
图8中的曲线最大值对应体积增量为78.5mm3,对应试样的最大横截面面积78.5mm2,即试样原始横截面面积,由公式(3)得两者比值K=1mm,将公式(4)代入(28)得
S=92.1-4.27t-1.06t2+0.039t3 (29)
通过公式(29)确立了试样在整个变形区域内的横截面面积的函数;
步骤6、测得试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为56s,由公式(9)得
将上式代入公式(29)得
步骤7、将公式(31)计算得的面积与同一时间设备采集的拉力,公式(11),对应,按照公式(12)计算获得真应力值,然后将所得数值与公式(13)、(14)和(15)获得的真应变相对应,即可获得真应力应变曲线,如图10所示。
本发明通过建立试样浸入溶液过程中引起的体积增量与试样下降距离或试样匀速下降时间的关系曲线,找到试样在断前横截面面积与曲线斜率的关系,以此获取试样高温拉伸过程中的横截面面积的变化情况,不论试样在拉伸过程中变形是否均匀,都可以准确地获取试样在拉伸过程中的真应力,从而获得准确的真应力应变曲线。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,其特征在于,该方法具体包含以下步骤:
步骤1)选用长为L0,mm的棒状试样,将试样拉断得到断成两段的试样;
将两段试样进行对接,共轴成为一个整体,将两段试样接合成试样拉伸断开瞬间时的状态;
步骤2)采用不与试样发生反应的溶液,将溶液注入容器内,将容器置于水平面上,将对接后的试样轴线垂直于溶液的液面,沿着垂直于溶液液面的方向,置于该溶液内;
在置入的过程中每次下降相同的距离d,mm;
下降时,记录溶液液面的升高H,mm;溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml;
步骤3)绘制溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml和试样下降距离d之间的关系曲线;
步骤4)对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降距离d,曲线斜率对应体积增量ΔV,ml;
曲线最大值对应试样最大横截面面积S1,mm2,曲线最小值对应试样最小横截面面积S2,mm2,试样断口处的横截面面积最小即为S2,曲线由最大值至最小值试样下降距离设为Δd,mm;
步骤5)对曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行多项式拟合,得到体积增量ΔV和下降距离d的关系式为:
ΔV=f(d) (1)
曲线最大值对应体积增量为ΔV0,对应试样的最大横截面面积S1,即试样原始横截面面积,这两个参量均为已知,设两者比值为K,则
体积增量ΔV与试样横截面面积S成正比,则
把公式(4)代入公式(1)中,得
S=f(d)K (5)
通过公式(5)确立试样在整个变形区域内的横截面面积的函数;
步骤6)设在进行步骤1)时,试样由拉伸开始拉伸至一定长度所用时间为t1,s,此时拉力值为F1,N,试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为t0,s,若按照试样下降距离计算试样拉伸时间t1后试样的横截面面积,则
将上式代入公式(5)得
其中,Δd,t0,K为常数,由实验测得;
公式(8)为试样在拉伸过程中横截面面积随着拉伸时间的变化关系,试样在拉伸过程中拉力值随着拉伸时间t1的变化关系,由试验机采集相应数据得到,为
F1=g(t1) (11)
由公式(8)和(11)代入下式
得到试样在变形过程中,真应力随着拉伸时间的变化关系;
步骤7)真应变与工程应变的关系式为
ε=ln(1+e) (13)
其中,ε为真应变,e为工程应变
由步骤1中,试样原长L0,拉伸速率为Vt,mm/s,则有
将公式(14)代入公式(13)得
步骤8)将公式(12)和(15)联立,得到拉伸时间为t1的真应力和真应变,取不同的拉伸时间,得到不同拉伸时间的真应力和真应变,以此绘制出真应力真应变曲线。
2.根据权利要求1所述的一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,其特征在于,所述步骤1)选用棒状的圆柱体试样。
3.根据权利要求1所述的一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,其特征在于,所述步骤1)通过热力模拟试验机,按照预定的实验方案对模拟试样进行加热、保温、降温,然后进行拉伸,拉伸速率为vt,mm/s,直至将试样拉断,得到断成两段的试样。
4.根据权利要求1所述的一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,其特征在于,所述步骤1)通过磁化或粘连将两段试样接合成试样拉伸断开瞬间时的状态。
5.根据权利要求1所述的一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,其特征在于,所述步骤2)在置入的过程中试样匀速下降,下降速度为vd,mm/s;
步骤3)绘制溶液与浸入其中的试样的总体积V,ml和试样下降时间t之间的关系曲线;
步骤4)对曲线进行一阶微分,得到曲线的斜率随着试样下降时间的变化关系曲线,曲线斜率对应体积增量ΔV,ml;
曲线最大值对应试样最大横截面面积S1,mm2,曲线最小值对应试样最小横截面面积S2,mm2,试样断口处的横截面面积最小即为S2,曲线由最大值至最小值试样下降时间设为Δt,s;
步骤5)对曲线开始下降点至曲线下降至最低点之间的部分进行多项式拟合,得到体积增量ΔV和下降时间的关系式为:
ΔV=f(t) (2)
曲线最大值对应体积增量为ΔV0,对应试样的最大横截面面积S1,即试样原始横截面面积,这两个参量均为已知,设两者比值为K,则
体积增量ΔV与试样横截面面积S成正比,则
把公式(4)代入公式(2)中,得
S=f(t)/K (6)
通过公式(6)确立试样在整个变形区域内的横截面面积的函数;
步骤6)设在进行步骤1)时,试样由拉伸开始拉伸至一定长度所用时间为t1,s,此时拉力值为F1,N,试样由开始拉伸直至被拉断所用时间为t0,s,按照试样下降时间计算试样拉伸时间t1后试样的横截面面积,则
将上式代入公式(6)得
其中,Δt,t0,K为常数,可由实验测得;
公式(10)为试样在拉伸过程中横截面面积随着拉伸时间t1的变化关系,试样在拉伸过程中拉力值随着拉伸时间t1的变化关系可由试验机采集相应数据得到,为
F1=g(t1) (11)
则由公式(10)和(11)代入下式
得到试样在变形过程中,真应力随着拉伸时间的变化关系。
6.根据权利要求1所述的一种获取高温拉伸真应力应变曲线的测试计算方法,其特征在于,所述步骤3)试样刚浸入溶液时,曲线呈现直线上升;当试样的台状部分浸入溶液时,曲线的斜率也随之减小;试样继续下降到另一段时,曲线的斜率也随之增大;最后,曲线又呈直线上升状态。
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