CN117129335B - 管材环向力学性能参数获取方法 - Google Patents

管材环向力学性能参数获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了管材环向力学性能参数获取方法，属于制造工程/数字信息领域。为了获得更为准确全面描述材料的应变硬化行为，需要使用真实应力‑应变曲线，所以本发明采用柔性拉伸试验夹具对管材的环向拉伸试样进行拉伸试验测试，拉伸试验测试过程中，需要使用非接触式视频引伸计和万能拉伸试验机得到管材拉伸测量数据；之后对管材拉伸测量数据进行预处理，用预处理后的数据计算得到管材的环向拉伸试样的真实应力‑真实应变数据，通过设置塑性段的起始和结束应变，用线性回归拟合法计算得到塑性段内的强度系数和应变硬化指数。塑性段内的强度系数和应变硬化指数、环向拉伸试样的真实应力‑真实应变数据用于管路系统有限元分析。

Description

管材环向力学性能参数获取方法
技术领域
本发明属于制造工程/数字信息领域，尤其涉及一种管材环向力学性能参数获取方法。开发了一种柔性拉伸试验夹具，对多种规格的管材进行拉伸试验，高效、精准地获取管材的环向力学试验数据并计算得到适合于有限元仿真的管材环向力学性能参数。
背景技术
管路系统作为动力装置的重要组成部分，其安全性和可靠性直接影响结构的整体安全。复杂产品结构内部普遍分布着液压、燃油、滑油、环控、氧气等管路系统，这些管路系统形状各异，分布错综复杂，起着压力传递、燃油输送、保护电缆等作用。例如，高压管路破裂是发动机发生故障的主要原因。传统流固耦合振动，疲劳寿命故障分析等手段存在零件复杂，处理困难的问题。对管路系统强度进行有限元分析，可为系统的设计和优化提供依据。而有限元分析的准确程度依靠于材料参数的准确，管材轴向力学性能测试已有相关标准，但环向力学性能测试尚无相关标准，故有必要快速准确的获取管材环向性能，并计算得出有限元分析所需参数。
传统力学性能测试一般使用应变片式引伸计测量，量程非常有限。接触式测量方法对被测件有一定影响，且每个引伸计需要单独标定，随着试验次数增多，磨损也会对测量精度产生影响。在破坏性拉断试验中，无法跟踪至试样发生较大变形或破裂阶段，摘除引伸计后的数据为推算获得，精度有限。
采用数字图像相关法对试样进行变形测量可有效规避上述缺点。该方法基于跟踪材料表面散斑特征的方式，跟踪指定位置特征用于测量材料应变数据。通过对变形前后散斑图中某点周围的灰度特征进行相关性匹配，可追踪该点在变形过程中不同状态下的位置。测量方式为非接触测量，试件不受任何外力影响。测量精度高，量程范围大，可跟踪至试样被完全破坏，得到全程精确试验数据。
准确全面描述材料的应变硬化行为需要使用真实应力-应变曲线，因为工程应力-应变曲线中的应力和应变是用试样标距部分原始截面积和原始标距长度来度量的，并不代表实际瞬时的应力和应变。而环向性能测试并不能直接提供真实应力-应变数据，需要经过数据处理，计算得到用于有限元仿真的应力-应变数据。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的问题，提出了一种管材环向力学性能参数获取方法。
本发明的技术方案：
管材环向力学性能参数获取方法，步骤如下：
步骤（1）、采用检测管材环向力学性能参数的柔性拉伸试验夹具，对管材的环向拉伸试样进行拉伸试验测试，使环向拉伸试样受到拉力直至断裂；拉伸试验测试过程中，基于数字图像相关法，使用非接触式视频引伸计，实时获取环向拉伸试样拉伸全过程的变形量，进而获取环向拉伸试样的工程应变，再结合万能拉伸试验机得到拉伸试验测试的时间、拉伸试验测试的力；环向拉伸试样的变形量、环向拉伸试样的工程应变、拉伸试验测试的时间和拉伸试验测试的力这四类数据统称为管材拉伸测量数据；
步骤（2）、对管材拉伸测量数据进行预处理；预处理是指依次进行：开始采样前的所有异常数据的清除、力的校验与转换、数据清洗、数据筛选；预处理后的数据只包含拉伸试验测试的力、环向拉伸试样的工程应变这两类数据；
步骤（3）、依据步骤（2）得到的数据计算得到管材的环向拉伸试样的真实应力、真实应变数据；
步骤（4）、依据环向拉伸试样的真实应力、真实应变数据，通过设置塑性段的起始应变和结束应变，并通过线性回归拟合法计算得到塑性段内的强度系数K和应变硬化指数β，塑性段内的强度系数K和应变硬化指数β、环向拉伸试样的真实应力-真实应变数据用于管路系统有限元分析。
进一步的，所述的柔性拉伸试验夹具包括上下两套，每一套包括夹头、D型块和销钉；
所述的夹头包括夹持部分、渐变扩张部分和D型块安装部分；所述的夹持部分为细圆柱形，用于与万能拉伸试验机的V型夹块相适配；所述的渐变扩张部分的上下两端分别与夹持部分的底端、D型块安装部分的顶端固定；所述的D型块安装部分的侧面贯穿开通D型块安装槽，D型块安装槽的槽口的长度小于环向拉伸试样的长度；环向拉伸试样置于D型块的圆弧段上，拉伸试验测试时，环向拉伸试样与D型块处于D型块安装槽的槽口中；销钉横向穿透夹头的D型块安装部分和D型块的侧面，将D型块与夹头的D型块安装部分连接，夹头的D型块安装部分、D型块和销钉之间采用间隙配合。
进一步的，所述D型块为柔性装夹零件，D型块的直径比待测的环向拉伸试样的直径小1mm～2mm；设计不同直径的D型块，用于实现对不同直径的管材的环向拉伸试样的环向拉伸。
进一步的，所述的环向拉伸试样从待测的管材切割所得，环向拉伸试样为对称结构，环向拉伸试样的标距段位于环向拉伸试样的中部两侧。
进一步的，设D型块安装槽的长为B，宽为A，管材直径为D，环向拉伸试样的宽度为L0，则B>D/2+L0，A不小于L0，管材厚度δ/管材直径D小于0.05，环向拉伸试样的标距段的长，标距段的过渡部分经圆滑处理。
进一步的，所述的拉伸试验测试的步骤如下：
1）对环向拉伸试样的标距段进行散斑处理：首先均匀喷涂白色哑光显像剂，自然风干后喷洒黑色哑光漆点形成散斑；
2）按环向拉伸试样规格选择相匹配的D型块，将环向拉伸试样装夹于柔性拉伸试验夹具上；再将柔性拉伸试验夹具装夹在万能拉伸试验机上，采用聚四氟乙烯润滑D型块与环向拉伸试样的接触部位；
经过散斑处理的标距段置于侧面，使标距段处于非接触式视频引伸计的测量范围内，设定距离保证标距段全部位于非接触式视频引伸计的高速相机的视场内，调整焦距并进行距离标定；
3）启动万能拉伸试验机和非接触式视频引伸计进行拉伸试验测试，得到管材拉伸测量数据。
进一步的，所述的步骤（2）的具体过程如下：
将管材拉伸测量数据作为输出数据集，包含力F、变形量ΔL、工程应变、时间t，读取力F数据列记为列A0=[A01,A02,……,A0n]T，读取变形量ΔL数据列记为列B0=[B01,B02,……,B0n]T，读取工程应变/>数据列记为列C0=[C01,C02,……,C0n]T，读取时间t数据列记为D0=[D01,D02,……,D0n]T；
（2.1）开始采样前的所有异常数据的清除；
读取D0数据列，D0(p+1)-D0p=Tp，p∈{1,2,3,4,……,n-1}；Tp表示p+1行与p行的时间差；
当，p+1行数据标记为正常，否则p+1行和p行标记为异常，其中，1.5<k<2，f为采样频率；
当连续出现5个正常标记时，读取停止，并清除所有带有异常标记所在行数据；得到一组新的数据集：力F数据列记为列A1=[A11,A12,……,A1m]T，变形量ΔL数据列记为列B1=[B11,B12,……,B1m]T，工程应变数据列记为列C1=[C11,C12,……,C1m]T，时间t数据列记为D1=[D11,D12,……,D1m]T；m<n；
（2.2）力的校验与转换；
读取A1列全部数据[A11,A12,……,A1m]T，获取力最大值Fmax；
Fmax≤200，则[A11,A12,……,A1m]T×1000=[A' 11,A' 12,……,A' 1m]T，将[A' 11,A' 12,……,A' 1m]T覆写[A11,A12,……,A1m]T，获取新的A1列；
Fmax>200，则直接进入下一步；
（2.3）数据清洗；
读取C1列全部数据[C11,C12,……,C1m]T，判断C1q是否≤0，q∈{1,2,3,……,m}；记录最后一个C1q为零或负值的位置，将该位置之前的[A1,B1,C1,D1]数据全部清除，并删除变形量ΔL数据列和时间t数据列，最终形成新的数据集合[A2,C2]；
（2.4）数据筛选；
对[A2,C2]数据集进行周期抽样数据筛选，确保真实应力-真实应变曲线能够平滑过渡的情况下，减少数据，减少计算量。
进一步的，所述的数据筛选包括以下3种筛选方式：
方式一：定间隔抽样；
指定单一数值作为周期抽样间隔，对数据集[A2,C2]进行定间隔抽取，将抽取的数据按顺序排列，记为[A3,C3]，A3为力F数据集，C3为工程应变数据集；
方式二：变间隔抽样；
根据数据总量计算抽样间隔，获得数据集；
设绘制真实应力-真实应变曲线所需数据量为X，数据总量为Y，抽样间隔Δs=Y/X，对数据集[A2,C2]每间隔Δs行进行一次抽取，将抽取的数据按顺序排列，记为[A4,C4]，A4为力F数据集，C4为工程应变数据集；
方式三：波动抽样；
设优先抽样数系为0、2、5、8，对数据集[A2,C2]进行预筛选，即抽取尾数为0、2、5、8的行数据，预筛选后的数据总行数记为N，要求N≥150，生成的数据集记为[A5,C5]；对数据集[A5,C5]的前70%将进行数据校验；
u=C5w-C5(w-1)，w=2,3,……,0.7N，逐行校验，当u<0时，记为一次波动，逐一累加直至校验完毕，最终得到累加的波动数v；
设容许系数为k1，0<k1<0.05，当v<0.7*k1*N，则筛选完成；否则，增大抽样周期、或调整容许系数，重复抽样和校验过程，直至满足要求，增大抽样周期即通过减少抽取行的尾数减少数据总行数N；
根据实际工况选取一种抽样方式进行数据筛选，将抽取的数据按顺序排列，记为[A6,C6]，A6为力F数据集，C6为工程应变数据集。
进一步的，所述的步骤（3）具体过程如下：
（3.1）计算标距段的横截面积S0值：
设管材的环向拉伸试样的直径为D，宽度为L0，管材厚度为δ，标距段（4）一侧铣削宽度为P1，标距段另一侧铣削宽度为P2；
则标距段的宽；
标距段的横截面积；
（3.2）设拉伸试验测试获得数据：力F和工程应变；
则工程应力为：/>；
则真实应力为：/>；
则真实应变为：/>；
（3.3）绘制真实应力-真实应变曲线图像。
进一步的，所述的通过线性回归拟合法计算得到塑性段内的强度系数K和应变硬化指数β的过程为：在真实应力-真实应变曲线图像上选取塑性段范围，取对数后进行线性回归计算，得到塑性段区域的强度系数K值和应变硬化指数β值：
；
。
本发明的有益效果：本发明提出了管材环向力学性能参数获取方法，适用于有限元分析的大直径管材。本发明基于数字图像相关法，使用非接触式视频引伸计，可以实现实时高精度获取试样拉伸全过程的工程应变。通过应用本发明，可以准确全面地测量管材的环向力学性能数据，并经过数据处理算法获取真实应力-应变数据和曲线，更加准确地描述材料的应变硬化行为。通过定义塑性段范围，还可计算得到该塑性区域内的强度系数K和应变硬化指数β，为后续航空、航天、发动机、卫星、导弹等军用领域和汽车、舰船、高铁等民用领域管路系统的有限元分析提供准确材料数据。
附图说明
图1为柔性拉伸试验夹具设计图。
图2为环向拉伸试样设计图。
图3为标距段横截面积计算。
图4为真实应力-真实应变曲线。
图中：1-夹头；2-销钉；3-D型块；4-标距段。
具体实施方式
本实施例提出了一种管材环向力学性能参数获取方法。提供了一套检测大直径管材环向力学性能参数的柔性拉伸试验夹具，对管材的环向拉伸试样进行拉伸试验测试，通过分离柔性拉伸试验夹具内部两个D型块3来提供向上和向下的拉力，使环向拉伸试样受到拉力直至断裂。拉伸试验测试过程中，需要基于数字图像相关法，使用非接触式视频引伸计，实时高精度获取环向拉伸试样拉伸全过程的散斑间的位移和环向拉伸试样的变形情况，进而获取环向拉伸试样的变形量，进一步得到环向拉伸试样的工程应变，再结合万能拉伸试验机得到拉伸试验测试的时间、力的数据。环向拉伸试样的变形量和工程应变、拉伸试验测试的时间和力这四类数据统称为管材拉伸测量数据。对管材拉伸测量数据进行预处理，预处理是指依次进行：开始采样前的所有异常数据的清除、力的校验与转换、数据清洗、数据筛选，预处理后的数据只包含力、工程应变这两类数据。再依据预处理后的数据计算得到管材的环向拉伸试样的真实应力-真实应变数据，并通过设置塑性段的起始应变和结束应变，可通过线性回归拟合法计算得到塑性段内的强度系数K和应变硬化指数β。
本发明基于柔性拉伸试验夹具，采用环向拉伸试样，将标距段4置于两侧，即对称试样的拉伸试验方法进行管材环向的拉伸试验测试。这种方法最大程度上避免了传统横向试样的加工硬化影响，还能在一定程度上避免柔性拉伸试验夹具的D型块3与标距段4的摩擦影响，同时便于非接触式视频引伸计采集数据。
本实施例所述的柔性拉伸试验夹具包括上下两套，每一套包括夹头1、D型块3和销钉2，见附图1。
1）所述的夹头1包括夹持部分、渐变扩张部分和D型块安装部分；所述的夹持部分为细圆柱形，长60mm，用于与万能拉伸试验机的V型夹块相适配，二者确保夹紧力足够大，防止打滑。所述的渐变扩张部分上下两端分别与夹持部分的底端、D型块安装部分的顶端固定。所述的D型块安装部分的侧面贯穿开通D型块安装槽，D型块安装槽的槽口长70mm，宽20mm，适用于直径40-100mm的管材作环向的拉伸试验测试，D型块安装槽的槽口长度需要适用于管材的环向拉伸试样做拉伸试验测试。夹头1材料为40Cr调质，保证销钉2部分不会受剪力拉断，同时提高柔性拉伸试验夹具的使用寿命。
2）环向拉伸试样置于D型块3的圆弧段上，拉伸试验测试时，环向拉伸试样与D型块3处于D型块安装槽的槽口中；销钉2横向穿透夹头1的D型块安装部分和D型块3的侧面，将D型块3与夹头1的D型块安装部分连接。
更进一步的，D型块3为柔性装夹零件，D型块3的直径比待测的环向拉伸试样的直径小1mm～2mm，方便环向拉伸试样的装夹。通过设计不同直径的D型块3能够实现对不同直径的管材的环向拉伸试样的环向拉伸。
3）销钉2用于连接夹头1的D型块安装部分与D型块3，三者之间采用间隙配合。
见图2，本实施例的环向拉伸试样以某型管材为例进行力学性能测试与参数提取，环向拉伸试样为对称结构，环向拉伸试样材料为1Gr18Ni10Ti，测量得知：直径D为50mm，壁厚δ为1.1mm。
本实施例的具体实施步骤如下：
步骤一：制取环向拉伸试样：
使用激光切割方法，从待测管材截取环向拉伸试样，测得环向拉伸试样宽度L0为12.7mm，P1为2.95mm，P2为3.12mm，对称加工标距段4，环向拉伸试样的标距段4的长度L计算如下：
标距段4长，标距段4的过渡部分经圆滑处理；
对环向拉伸试样的标距段4进行散斑处理，均匀喷涂白色哑光显像剂为背景，防止环向拉伸试样反光对图像识别造成干扰，白色显像剂应均匀覆盖于环向拉伸试样的标距段4，不能露出原有颜色，也不宜喷涂过厚，以免拉伸过程中产生崩落影响识别。自然风干后喷洒黑色哑光漆点为斑点，形成散斑，黑色哑光漆点应以小点形式均匀分布。
步骤二：拉伸试验测试准备：
选取直径为48mm～49mm的D型块3，将环向拉伸试样装夹于柔性拉伸试验夹具上。环向拉伸试样的标距段4应置于侧面，使其处于非接触式视频引伸计测量范围内，调整非接触式视频引伸计站位，保证标距段4全部位于非接触式视频引伸计中的高速相机的视场内，调整焦距完成距离标定，并开启光源补光和实时计算。然后将管材的柔性拉伸试验夹具装夹在万能拉伸试验机上，采用聚四氟乙烯进行润滑D型块3与环向拉伸试样接触部位。
步骤三：拉伸试验测试：
启动万能拉伸试验机和非接触式视频引伸计进行拉伸试验测试：在万能拉伸试验机的软件中完成相关拉伸试验测试的设置，设置万能拉伸试验机横梁位移速率为5mm/min，打开数据采集功能用于获取非接触式视频引伸计测得的变形数据，万能拉伸试验机的力和位移数据清零后开始拉伸试验测试。将非接触式视频引伸计中的高速相机获取的图像传回计算机，利用数字图像相关法计算环向拉伸试样的变形量，进一步获得拉伸试验测试过程中实时的工程应变，通过万能拉伸试验机获得拉伸试验测试的时间、拉伸试验测试的力的数据，直至试验拉断后，万能拉伸试验机自动停止拉伸试验测试，导出相关试验数据，试验结束。部分环向拉伸试验原始数据见附图4。
步骤四：测试数据预处理：
对管材环向力学性能测试数据的预处理主要是对万能拉伸试验机获取的力数据和非接触式视频引伸计计算得到的工程应变数据进行清洗和筛选等处理，清除不合理数值，使用周期抽样算法对数据进行抽样筛选，获取力和工程应变数据集。
表1部分环向的拉伸试验测试原始数据
万能拉伸试验机和非接触式视频引伸计输出数据集包含力（F）、变形量（ΔL）、工程应变（）、时间（t），见表1。读取力F数据列记为列A0=[A01，A02，……，A0n]T=[-0.63374,0,7.462829，2.109,0.000948，……]T，读取变形量ΔL数据列记为列B0=[B01，B02，……，B0n]T=[7.579771,0,7.522981，2277，-0.01622，……]T，读取工程应变/>数据列记为列C0=[C01，C02，……，C0n]T=[0.1515954,0,0.1504596，45.54，-0.000324，……]T，读取时间t数据列记为D0=[D01,D02,……,D0n]T=[0,0,152.4487，2277,0，……]T。
（1）开始采样前的所有异常数据的清除：
读取D0列，D0(p+1)-D0p=Tp，p∈{1,2,3,4,……,n-1}；Tp表示p+1行与p行的时间差；
若 (其中，1.5<k<2，f为采样频率)，则将p+1行数据标记为正常，否则将p+1行和p行标记为异常。
当连续出现5个正常标记时，读取停止，并清除所有带有异常标记所在行数据。得到数据集，A1=[0.001,0.001,0.001,0.001,0.001，……]T，B1=[-0.00738，-0.0036，0，-0.00486,0.00145，……]T，C1=[-0.00049,-0.00024,0，-0.00032,0.0001，……]T ，D1=[0.067，0.134,0.201,0.27,0.337……]T。结果见表2。
表2部分清除异常数据后环向的拉伸试验测试数据
（2）力（F）校验与转换：
读取A1列全部数据：
[A11,A12,……,A1m]T=[0.001,0.001,0.001,0.001,0.001，……]T，获取力最大值Fmax=7.463。
若Fmax≤200，则[A11,A12,……,A1m]T×1000=[A' 11,A' 12,……,A' 1m]T=[1,1,1,1,1……]T，将[A' 11,A' 12,……,A' 1m]T覆写[A11,A12,……,A1m]T，获取新的A1列[1,1,1,1,1……]T。结果见表2。
（3）数据清洗：
读取C1列全部数据[C11,C12,……,C1m]T=[-0.00049,-0.00024,0，-0.00032,0.0001，……]T，判断C1q是否≤0，q∈{1,2,3,……,m}。
读取C1列全部数据[C11,C12,……,C1m]T，判断C1q是否≤0；q∈{1,2,3,……,m}；记录最后一个C1q为零或负值的位置，将该位置之前的[A1,B1,C1,D1]数据全部清除，并删除变形量ΔL数据列和时间t数据列，最终形成新的数据集合[A2,C2]，A2=[231,231,232,233,234,……]T，
C2=[0.00018,0.00035,0.00085,0.00043,0.00077,……]T。结果见表3。
表3部分数据清洗后环向的拉伸试验测试数据
（4）数据筛选：
对[A2,C2]数据集进行周期抽样数据筛选，本发明提出3种筛选方法。
方式一：定间隔抽样：
指定10作为周期抽样间隔，对数据集[A2,C2]每间隔10行进行一次抽取，将抽取的数据按顺序排列，记为[A3,C3]，A3为力F数据集，C3为工程应变数据集。A3=[231,240,256,278,300,……]T，
C3=[0.00018,0.00052,0.00085,0.00052,0.00052……]T。结果见表4。
方式二：变间隔抽样：
根据试验数据总量计算抽样间隔，获得数据集。
假设绘制真实应力-真实应变曲线所需数据量为150，数据总量为1742，则：
抽样间隔Δs=1742/150=11.6，则对数据集[A2,C2]每间隔11行进行一次抽取，将抽取的数据按顺序排列，记为[A4,C4]，A4为力F数据集，C4为工程应变数据集：
A4=[231,242,260,285,312,……]T，
C4=[0.00018,0.00111,0.00077,0.00094,0.00119,……]T。结果见表4。
方式三：波动抽样：
设优先抽样数系为0、2、5、8，对数据集[A2,C2]进行预筛选，即抽取尾数为0、2、5、8的行数据，预筛选后的数据总行数记为N=697，生成的数据集记为[A5,C5]。A5=[231,234,237,239,242，……]T，C5=[0.00035,0.00077,0.00077,0.00085，0.00111，……]T对数据集[A5,C5]的前70%将进行数据校验。结果见表4。
表4部分3种筛选方法得到数据
u=C5w-C5(w-1)，（w=2,3,……,0.7N），逐行校验，当u<0时，记为一次波动，逐一累加直至校验完毕，最终得到波动数v=48。
设容许系数为k1=0.04，0.7*k1*N=0.7*0.04*697=19.52，因为48>19.52，故需增大抽样周期（减少抽取行的尾数）或调整容许系数，经多次抽样，最终确定抽取尾数2的行数据，容许系数k1=0.04，能够满足校验要求。
选取第三种抽样方式，将抽取的数据按顺序排列，记为[A6,C6]，A6为力F数据集，C6为工程应变数据集。A6=[231,242,258,280,303,……]T，C6=[0.00035,0.00111,0.00136,0.00094,0.00102,……]T。结果见表5。
表5
步骤五：性能参数获取：
对步骤四获得的力F和工程应变数据进行计算，计算真实应力/>和真实应变，输出真实应力-真实应变曲线。
已知：见附图3，管材的环向拉伸试样直径D为50mm，壁厚δ为1.1mm，加工后环向拉伸试样的宽度L0为12.7mm，P1为2.95mm，P2为3.12mm，则：
标距段4的宽；
标距段4的横截面积；
计算得到工程应力：
；
计算得到真实应力：
；
计算得到真实应变：
；
输入塑性段范围：塑性段起始应变0.08，塑性段结束应变0.2，计算该塑性区域内的强度系数K值和应变硬化指数β值。
；
；/>
其中： 为真实应力，/>为真实应变。
计算得到强度系数K为1427，应变硬化指数β值为0.4386。

Claims (10)

1.管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，步骤如下：
步骤(1)、采用检测管材环向力学性能参数的柔性拉伸试验夹具，对管材的环向拉伸试样进行拉伸试验测试，使环向拉伸试样受到拉力直至断裂；拉伸试验测试过程中，基于数字图像相关法，使用非接触式视频引伸计，实时获取环向拉伸试样拉伸全过程的变形量，进而获取环向拉伸试样的工程应变，再结合万能拉伸试验机得到拉伸试验测试的时间、拉伸试验测试的力；环向拉伸试样的变形量、环向拉伸试样的工程应变、拉伸试验测试的时间和拉伸试验测试的力这四类数据统称为管材拉伸测量数据；
步骤(2)、对管材拉伸测量数据进行预处理；预处理是指依次进行：开始采样前的所有异常数据的清除、力的校验与转换、数据清洗、数据筛选；预处理后的数据只包含拉伸试验测试的力、环向拉伸试样的工程应变这两类数据；具体过程如下：
将管材拉伸测量数据作为输出数据集，包含力F、变形量ΔL、工程应变εeng、时间t，读取力F数据列记为列A0＝[A01,A02,……,A0n]T，读取变形量ΔL数据列记为列B0＝[B01,B02,……,B0n]T，读取工程应变εeng数据列记为列C0＝[C01,C02,……,C0n]T，读取时间t数据列记为D0＝[D01,D02,……,D0n]T；
(2.1)开始采样前的所有异常数据的清除；
读取D0数据列，D0(p+1)-D0p＝Tp，p∈{1,2,3,4,……,n-1}；Tp表示p+1行与p行的时间差；
当p+1行数据标记为正常，否则p+1行和p行标记为异常，其中，1.5<k<2，f为采样频率；
当连续出现5个正常标记时，读取停止，并清除所有带有异常标记所在行数据；得到一组新的数据集：力F数据列记为列A1＝[A11,A12,……,A1m]T，变形量ΔL数据列记为列B1＝[B11,B12,……,B1m]T，工程应变εeng数据列记为列C1＝[C11,C12,……,C1m]T，时间t数据列记为D1＝[D11,D12,……,D1m]T；m<n；
(2.2)力的校验与转换；
读取A1列全部数据[A11,A12,……,A1m]T，获取力最大值Fmax；
Fmax≤200，则[A11,A12,……,A1m]T×1000＝[A'11,A'12,……,A'1m]T，将[A'11,A'12,……,A'1m]T覆写[A11,A12,……,A1m]T，获取新的A1列；
Fmax>200，则直接进入下一步；
(2.3)数据清洗；
读取C1列全部数据[C11,C12,……,C1m]T，判断C1q是否≤0，q∈{1,2,3,……,m}；记录最后一个C1q为零或负值的位置，将该位置之前的[A1,B1,C1,D1]数据全部清除，并删除变形量ΔL数据列和时间t数据列，最终形成新的数据集合[A2,C2]；
(2.4)数据筛选；
对[A2,C2]数据集进行周期抽样数据筛选，确保真实应力-真实应变曲线能够平滑过渡的情况下，减少数据，减少计算量；
步骤(3)、依据步骤(2)得到的数据计算得到管材的环向拉伸试样的真实应力、真实应变数据；
步骤(4)、依据环向拉伸试样的真实应力、真实应变数据，通过设置塑性段的起始应变和结束应变，并通过线性回归拟合法计算得到塑性段内的强度系数K和应变硬化指数β，塑性段内的强度系数K和应变硬化指数β、环向拉伸试样的真实应力-真实应变数据用于管路系统有限元分析。
2.根据权利要求1所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述的柔性拉伸试验夹具包括上下两套，每一套包括夹头(1)、D型块(3)和销钉(2)；
所述的夹头(1)包括夹持部分、渐变扩张部分和D型块安装部分；所述的夹持部分为细圆柱形，用于与万能拉伸试验机的V型夹块相适配；所述的渐变扩张部分的上下两端分别与夹持部分的底端、D型块安装部分的顶端固定；所述的D型块安装部分的侧面贯穿开通D型块安装槽，D型块安装槽的槽口的长度小于环向拉伸试样的长度；环向拉伸试样置于D型块(3)的圆弧段上，拉伸试验测试时，环向拉伸试样与D型块(3)处于D型块安装槽的槽口中；销钉(2)横向穿透夹头(1)的D型块安装部分和D型块(3)的侧面，将D型块(3)与夹头(1)的D型块安装部分连接，夹头(1)的D型块安装部分、D型块(3)和销钉(2)之间采用间隙配合。
3.根据权利要求2所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述D型块(3)为柔性装夹零件，D型块(3)的直径比待测的环向拉伸试样的直径小1mm～2mm；设计不同直径的D型块(3)，用于实现对不同直径的管材的环向拉伸试样的环向拉伸。
4.根据权利要求1所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述的环向拉伸试样从待测的管材切割所得，环向拉伸试样为对称结构，环向拉伸试样的标距段(4)位于环向拉伸试样的中部两侧。
5.根据权利要求2所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，设D型块安装槽的长为B，宽为A，管材直径为D，环向拉伸试样的宽度为L0，则B>D/2+L0，A不小于L0，管材厚度δ/管材直径D小于0.05，环向拉伸试样的标距段(4)的长L＝π·D/12，标距段(4)的过渡部分经圆滑处理。
6.根据权利要求2所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述的拉伸试验测试的步骤如下：
1)对环向拉伸试样的标距段(4)进行散斑处理：首先均匀喷涂白色哑光显像剂，自然风干后喷洒黑色哑光漆点形成散斑；
2)按环向拉伸试样规格选择相匹配的D型块(3)，将环向拉伸试样装夹于柔性拉伸试验夹具上；再将柔性拉伸试验夹具装夹在万能拉伸试验机上，采用聚四氟乙烯润滑D型块(3)与环向拉伸试样的接触部位；
经过散斑处理的标距段(4)置于侧面，使标距段(4)处于非接触式视频引伸计的测量范围内，设定距离保证标距段(4)全部位于非接触式视频引伸计的高速相机的视场内，调整焦距并进行距离标定；
3)启动万能拉伸试验机和非接触式视频引伸计进行拉伸试验测试，得到管材拉伸测量数据。
7.根据权利要求1所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述的数据筛选为方式一或方式二：
方式一：定间隔抽样；
指定单一数值作为周期抽样间隔，对数据集[A2,C2]进行定间隔抽取，将抽取的数据按顺序排列，记为[A3,C3]，A3为力F数据集，C3为工程应变εeng数据集；
方式二：变间隔抽样；
根据数据总量计算抽样间隔，获得数据集；
设绘制真实应力-真实应变曲线所需数据量为X，数据总量为Y，抽样间隔Δs＝Y/X，对数据集[A2,C2]每间隔Δs行进行一次抽取，将抽取的数据按顺序排列，记为[A4,C4]，A4为力F数据集，C4为工程应变εeng数据集。
8.根据权利要求1所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述的数据筛选为波动抽样；
设优先抽样数系为0、2、5、8，对数据集[A2,C2]进行预筛选，即抽取尾数为0、2、5、8的行数据，预筛选后的数据总行数记为N，要求N≥150，生成的数据集记为[A5,C5]；对数据集[A5,C5]的前70％将进行数据校验；
u＝C5w-C5(w-1)，w＝2,3,……,0.7N，逐行校验，当u<0时，记为一次波动，逐一累加直至校验完毕，最终得到累加的波动数v；
设容许系数为k1，0<k1<0.05，当v<0.7*k1*N，则筛选完成；否则，增大抽样周期、或调整容许系数，重复抽样和校验过程，直至满足要求，增大抽样周期即通过减少抽取行的尾数减少数据总行数N；
根据实际工况选取一种抽样方式进行数据筛选，将抽取的数据按顺序排列，记为[A6,C6]，A6为力F数据集，C6为工程应变εeng数据集。
9.根据权利要求1所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体过程如下：
(3.1)计算标距段(4)的横截面积S0值：
设管材的环向拉伸试样的直径为D，宽度为L0，管材厚度为δ，标距段(4)一侧铣削宽度为P1，标距段(4)另一侧铣削宽度为P2；
则标距段(4)的宽M＝L0-P1-P2；
标距段(4)的横截面积S0＝M·δ＝(L0-P1-P2)·δ；
(3.2)设拉伸试验测试获得数据：力F和工程应变εeng；
则工程应力σeng为：
则真实应力σ为：
则真实应变ε为：ε＝ln(1+εeng)；
(3.3)绘制真实应力-真实应变曲线图像。
10.根据权利要求1所述的管材环向力学性能参数获取方法，其特征在于，所述的通过线性回归拟合法计算得到塑性段内的强度系数K和应变硬化指数β的过程为：在真实应力-真实应变曲线图像上选取塑性段范围，取对数后进行线性回归计算，得到塑性段区域的强度系数K值和应变硬化指数β值：
σ＝Kεβ；
logσ＝logK+β•logε。
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