一种在金属材料压缩试验中修正弹性模量及应力-应变曲线的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于修正金属材料压缩试验中弹性模量及应力--应变曲线的方法及其相关的模型，所述模型为“三明治”模型；采用上述模型得到的修正金属材料压缩弹性模量及应力--应变曲线的方法可以对绝大多数具有线性强化行为的金属材料的国标或非国标试样，特别是L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b，或者L＝2d或L＝2b的金属试样进行修正，从而能够在国标规定不适合测压缩弹性模量的试样上测得真实压缩弹性模量；特别的，该方法可用于修正小尺寸的非国标试样的压缩弹性模量和应力-应变曲线。这不仅极大地方便了力学本构方程的构建，而且对新材料研发来说，降低了测试技术对试样尺寸形状的要求，测得的力学参数更为可靠，缩短了研发周期。

【技术实现步骤摘要】
一种在金属材料压缩试验中修正弹性模量及应力-应变曲线的方法
本专利技术涉及材料力学性能检测领域，具体的说，涉及一种修正金属材料压缩试验中弹性模量及应力--应变曲线的方法及相关模型。
技术介绍
单轴压缩试验是测试金属材料力学性能的通用方法之一，具有测试方法简单、测试结果具有明确的物理意义等优点，在工程设计和材料力学性能研究中被广泛采用。目前国标《GB/T7314-2005金属材料室温压缩试验方法》规定，圆柱体试样必须满足的直径d＝10mm～20mm，正方形截面的柱体试样必须满足b＝10mm～20mm。其中，对于L＝(1～2)d的圆柱体试样和L＝(1～2)b的正方形截面的柱体试样，仅适用于测定Rmc(脆性材料的抗压强度；或塑性材料的规定应变条件下的压缩应力)；L＝(2.5～3.5)d和L＝(2.5～3.5)b的试样适用于测定Rpc(规定非比例压缩强度)、Rtc(规定总压缩强度)、ReHc(上压缩屈服强度)、ReLc(下压缩屈服强度)、Rmc(脆性材料的抗压强度；或塑性材料的规定应变条件下的压缩应力)；L＝(5～8)d和L＝(5～8)b的试样适用于测定Rpc0.01(规定非比例压缩应变为0.01％时的压缩应力)和Ec(压缩弹性模量)。美国《ASTME9-09:StandardTestMethodsofCompressionTestingofMetallicMaterialsatRoomTemperature》中也有类似规定。试样如果不符合规定，就很难得到可靠的结果。本专利技术人对不同长细比的试样进行压缩实验发现：长细比越大，测得的压缩弹性模量就越大，更接近标称值，但强度会比标称值小很多；而长细比越小，测得的压缩弹性模量就越小，和标称值差距会更大，但强度会变大，更接近标称值。这些现象恰恰证明了国标相关规定的合理性。进一步研究发现，造成L＝(1～2)d和L＝(2.5～3.5)d的圆柱体国标试样以及L＝(1～2)b和L＝(2.5～3.5)b的正方形柱体国标试样压缩弹性模量测不准的主要原因，不是测不准试样变形量，而是试样上下两个端面的附近区域在压缩过程中会存在较强的应力集中区，此处局部材料会比中间段材料先一步进入塑性阶段，使得试样整体应力和应变分布不符合均匀变形假设，造成用这种尺寸的试样测得的压缩弹性模量会比标称值小很多。为减轻这种问题带来的影响，国家标准规定采用L＝(5～8)d和L＝(5～8)b的试样测压缩弹性模量，以使得两端的应力集中区占比相对缩小。但是这种尺寸的试样压缩时会很快失稳，因此测得的其他力学参数(例如屈服强度等、抗压强度等)和标称值有很大出入。所以这种尺寸试样只适合用来测压缩弹性模量。更重要的是，申请人研究发现，即使这种尺寸试样，试验测得的压缩弹性模量仍然和标称值有一定差距，例如直径10mm高80mm的45号钢，试验测得的压缩弹性模量是164GPa，而标称值是214GPa。这说明两个端面的局部非均匀变形对压缩弹性模量的测量带来了不可忽略的影响。目前，力学基础研究和新材料研发过程中存在两种需求：其一，试样尺寸可以按照国标要求加工，但希望通过一种尺寸的试样压缩试验，获得一条完整、真实的应力-应变曲线以便于力学本构方程的研究，这样就可以从一条应力-应变曲线中提取出包含弹性模量在内的多个力学参数。其二，即使试样尺寸无法按照国标要求加工(例如国标规定试样直径10mm～20mm，而很多材料研发阶段尺寸很小，无法满足这一要求)，也希望能够获得一条完整、真实的应力-应变曲线以便于力学本构方程的研究。以上两种需求，都希望在国标规定的不适合测量压缩弹性模量的试样上测得压缩弹性模量。但是，目前遇到的最为棘手的问题是：由L＝(1～2)d和L＝(2.5～3.5)d的圆柱体试样以及L＝(1～2)b和L＝(2.5～3.5)b的正方形柱体试样直接测得的压缩弹性模量和标称值相差过大。例如申请人研究发现，45号钢采用L＝3d的圆柱体试样测得的压缩弹性模量仅为标称值的0.6倍，这显然远远超出了误差允许范围。也就是说，由这种尺寸的试样的压缩应力-应变曲线计算出的压缩弹性模量是错误的。基于上述要求，本专利技术提出了一种在金属材料压缩试验中修正弹性模量和应力-应变曲线的方法。所述方法可以对L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b以及L＝2d或L＝2b的国标或非国标试样的压缩弹性模量进行修正，即可以从不符合国标规定的，本来并不适合测试压缩弹性模量的试样上得到真实的压缩弹性模量，从而获得一条更加符合材料真实情况的应力-应变曲线。。(顺序颠倒，应该是先获得正确的弹性模量，才能得到正确的应力应变曲线。)
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种修正金属材料压缩弹性模量的方法。本专利技术的另一目的是提供修正金属材料压缩应力--应变曲线的方法。本专利技术的再一目的是提供可用于修正金属材料压缩试验中压缩弹性模量和/或应力-应变曲线的相关模型。所述方法可以对L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b以及L＝2d或L＝2b的国标或非国标试样的压缩弹性模量进行修正，即可以从不符合国标规定的，本来并不适合测试压缩弹性模量的试样上得到真实的压缩弹性模量，从而获得一条更加符合材料真实情况的应力-应变曲线。特别的，该方法可用于修正小尺寸的非国标试样的应力-应变曲线。这不仅极大地方便了力学本构方程的构建，而且对新材料研发来说，降低了测试技术对试样尺寸形状的要求，测得的力学参数更为可靠，缩短了研发周期。本专利技术所述的修正金属材料压缩试验中压缩弹性模量EC的方法，包括以下步骤：(1)用材料试验机对试样进行压缩试验，记录试样的总变形，得到力-变形曲线；把力-变形曲线转换成工程应力-应变曲线；把工程应力-应变曲线转换成真应力-应变曲线；(2)在真应力-应变曲线上截取弹性段斜率作为试验模量ES，截取强化段斜率作为强化模量EP；(3)将试验模量ES和强化模量EP带入公式(3)或公式(4)：计算得出塑性比系数β；其中，当试样尺寸符合L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b时，用公式(3)计算得到塑性比系数β；当试样尺寸符合L＝2d或L＝2b时，用公式(4)计算得到塑性比系数β；(4)将试验模量ES、强化模量EP和塑性比系数β带入公式(5)：计算得出材料真实的压缩弹性模量EC。另外，本专利技术所述的在金属材料压缩试验中修正压缩应力-应变曲线的方法，包括以下步骤：(1)用材料试验机对试样进行压缩试验，记录试样的总变形，得到力-变形曲线；把力-变形曲线转换成工程应力-应变曲线；把工程应力-应变曲线转换成真应力-应变曲线；(2)在真应力-应变曲线上截取弹性段斜率作为试验模量ES，截取强化段斜率作为强化模量EP；(3)将试验模量ES和强化模量EP带入公式(3)或公式(4)：计算得出塑性比系数β；其中，当试样尺寸符合L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b时，用公式(3)计算得到塑性比系数β；当试样尺寸符合L＝2d或L＝2b时，用公式(4)计算得到塑性比系数β；(4)将试验模量ES、强化模量EP和塑性比系数β带入公式(5)：计算得出材料真实的压缩弹性模量EC。(5)根据式(6)对应变数据进行修正，应力数据保持不变，重新绘制修正后的真应力-应变曲线：其中，步骤(1)中，所述试样的总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种修正金属材料压缩试验中压缩弹性模量EC的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)用材料试验机对试样进行压缩试验，记录试样的总变形，得到力‑变形曲线；把力‑变形曲线转换成工程应力‑应变曲线；把工程应力‑应变曲线转换成真应力‑应变曲线；(2)在真应力‑应变曲线上截取弹性段斜率作为试验模量ES，截取强化段斜率作为强化模量EP；(3)将试验模量ES和强化模量EP带入公式(3)或公式(4)：计算得出塑性比系数β；其中，当试样尺寸符合L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b时，用公式(3)计算得到塑性比系数β；当试样尺寸符合L＝2d或L＝2b时，用公式(4)计算得到塑性比系数β；(4)将试验模量ES、强化模量EP和塑性比系数β带入公式(5)：计算得出材料真实的压缩弹性模量EC。

【技术特征摘要】
1.一种修正金属材料压缩试验中压缩弹性模量EC的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)用材料试验机对试样进行压缩试验，记录试样的总变形，得到力-变形曲线；把力-变形曲线转换成工程应力-应变曲线；把工程应力-应变曲线转换成真应力-应变曲线；(2)在真应力-应变曲线上截取弹性段斜率作为试验模量ES，截取强化段斜率作为强化模量EP；(3)将试验模量ES和强化模量EP带入公式(3)或公式(4)：计算得出塑性比系数β；其中，当试样尺寸符合L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b时，用公式(3)计算得到塑性比系数β；当试样尺寸符合L＝2d或L＝2b时，用公式(4)计算得到塑性比系数β；(4)将试验模量ES、强化模量EP和塑性比系数β带入公式(5)：计算得出材料真实的压缩弹性模量EC。2.一种金属材料压缩试验中应力-应变曲线的修正方法，包括以下步骤：(1)用材料试验机对试样进行压缩试验，记录试样的总变形，得到力-变形曲线；把力-变形曲线转换成工程应力-应变曲线；把工程应力-应变曲线转换成真应力-应变曲线；(2)在真应力-应变曲线上截取弹性段斜率作为试验模量ES，截取强化段斜率作为强化模量EP；(3)将试验模量ES和强化模量EP带入公式(3)或公式(4)：计算得出塑性比系数β；其中，当试样尺寸符合L＝(2.5～3.5)d或L＝(2.5～3.5)b时，用公式(3)计算得到塑性比系数β；当试样尺寸符合L＝2d或L＝2b时，用公式(4)计算得到塑性比系数β；(4)将试验模量ES、强化模量EP和塑性比系数β带入公式(5)：计算得出材料真实的压缩弹性模量EC；(5)根据式(6)对应变数据进行修正，应力数据保持不变，结合修正后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇勇，刘薇，董杰，代玉静，朱静静，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11