【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料抗拉强度预测，具体而言，涉及一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法。
技术介绍
1、材料的强度和硬度作为材料基本力学性能，两者均反映了材料综合性能的强弱，在材料评估和结构设计中具有重要指导作用。其中硬度试验测试较为简便，无需繁琐的样品安装和测量器具调试。且硬度测试用料较少，一般在一个较小表面(如2mm×2mm)即可进行多次硬度测试，甚至在拉伸测试后的残样上(夹持端)即可进行硬度测试。
2、而对于材料的拉伸性能参数抗拉强度的测试，则需要通过加工标准大尺寸的拉伸样品(总长≥55mm，直径≥5mm)，将样品安装于拉伸夹具，并保证连接的同轴性和稳定性，再进行拉伸测试获取材料的抗拉强度。测试所需原材料较多、测试效率较慢。那么对于原材料稀缺、试验操作不方便的情况。如果可以通过材料的硬度值预测获取其抗拉强度，这无疑简化了试验操作，减少了测试所需材料，降低了测试成本。如聚变堆材料经过中子辐照后的性能检验，由于辐照后材料具有放射性，只能在热室内进行辐照后再进行材料性能测试操作。如果能够通过对其进行简单的硬度试验测试，获取材料硬度的同时获取其抗拉强度，那么无疑降低了试验操作难度，提高了辐照资源利用率。
3、材料的硬度与抗拉强度rm之间存在一定的对应关系。许多学者希望建立两者之间的定量对应关系。2004年，cheng(cheng y,cheng c,mater.scaling,dimensionalanalysis,and indentation measurements[j].mater.sci.eng
4、有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
1、现有技术存在的问题为现有硬度与抗拉强度转换关系模型适用范围较小，测试精度不高，本专利技术提供一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，基于能量等效原理，将理论与有限元模拟分析相结合，建立布氏硬度与抗拉强度间的关系模型，适用于无法进行拉伸试验时，通过布氏硬度预测获取延性金属材料的抗拉强度。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，包括如下步骤：
4、s1，制备布氏硬度试验样品，对试验样品表面分别进行不同额定试验力f1和f2的标准布氏硬度试验，得到不同额定试验力下的布氏硬度值hbw1和hbw2；
5、s2，利用布氏硬度值hbw1和hbw2计算不同额定试验力对应的塑性位移hr1和hr2；
6、s3，利用材料弹性模量e和泊松比v，计算不同额定试验力对应的弹性位移he1和he2；
7、s4，利用塑性位移hr1和hr2、弹性位移he1和he2计算不同额定试验力f1和f2对应的总位移h1和h2；
8、s5，利用试验力f1、f2和总位移h1、h2，计算材料的抗拉强度rm。
9、在某一具体实施方式中，布氏硬度的计算公式如下：
10、
11、式中，hbw为布氏硬度；常数η＝0.102；f为布氏硬度额定试验力；d为布氏硬度压头直径；d为压痕直径；hr为压痕深度，即塑性位移；
12、因此，塑性位移hr1和hr2的计算公式如下：
13、
14、式中，d为布氏硬度压头直径，常数η＝0.102。
15、在某一具体实施方式中，步骤s3中，弹性位移he1和he2的计算公式如下：
16、
17、在某一具体实施方式中，步骤s4中，总位移h1和h2的计算公式如下：
18、
19、在某一具体实施方式中，步骤s5中，利用试验力f1、f2和总位移h1、h2，计算材料的初步预测抗拉强度rm0，然后对对初步预测抗拉强度rm0进行修正，得到材料的抗拉强度rm。
20、在某一具体实施方式中，初步预测抗拉强度rm0的计算公式如下：
21、
22、式中，e为自然底数，系数k1和k3通过有限元计算确定，m和n为与f1、f2、h1、h2有关的参数。
23、在某一具体实施方式中，抗拉强度rm的计算公式如下：
24、
25、式中，a、b、c为待定参数，通过有限元计算确定。
26、在某一具体实施方式中，参数m和n的计算公式如下：
27、
28、式中，系数k2和k4通过少量有限元计算确定。
29、在某一具体实施方式中，参数k1、k2、k3、k4的计算方法如下：
30、(1)取适宜尺寸的压头直径d，建立有限元分析模型，对材料表面进行压入试验模拟，提取加载过程载荷-位移曲线；
31、(2)设置材料弹性模量e，名义抗拉强度σy，计算多种不同应变硬化指数n的压入载荷-位移曲线，对载荷-位移曲线的弹塑性段进行幂律拟合，得到系数c和m；
32、
33、(3)将式(7)与能量等效理论公式联立，结合获取的系数c和m，即可标定获取参数k1、k2、k3、k4，计算公式如下：
34、
35、在某一具体实施方式中，参数a、b、c的计算方法如下：
36、(1)取适宜尺寸的压头直径d，建立有限元分析模型，设置多种弹性模量e，名义抗拉强度σy和应变硬化指数n，对应多种不同材料，对多种不同材料表面进行试验力为f1和f2的布氏硬度试验模拟，获取多种材料的布氏硬度值；
37、(2)采用式(5)得到多种不同材料的初步预测抗拉强度rm0，同时根据材料弹性模量e，名义抗拉强度σy和应变硬化指数n计算材料真实的抗拉强度rm；
38、
39、(3)通过二次函数对rm与rm0进行拟合，从而获取参数a、b、c。
40、在某一具体实施方式中，对于其他尺寸的压头直径d，按照上述方法重新标定k1、k2、k3、k4即可。
41、在某一具体实施方式中，本专利技术的抗拉强度预测方法适用于大范围的屈服强度为100mpa～1200mpa的延续金属材料。
42、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
43、1、本专利技术实施例提供的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，基于能量等效原理，将理论与有限元模拟分析相结合，建立金属材料抗拉强度与布氏硬度间的之间的换算公式，理论模型公式简单有效、包含参数少；
44、2、本专利技术实施例提供的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，只需通过两次布氏硬度试验，即可在获取硬度值的同时预测材料的抗拉强度参数，简化了试验操作，测试方法可操作性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤S2中，塑性位移hr1和hr2的计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤S3中，弹性位移he1和he2的计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤S4中，总位移h1和h2的计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤S5中，利用试验力F1、F2和总位移h1、h2，计算材料的初步预测抗拉强度Rm0，然后对对初步预测抗拉强度Rm0进行修正，得到材料的抗拉强度Rm。
6.根据权利要求5所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，初步预测抗拉强度Rm0的计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，抗拉强度Rm的计算公式如
8.根据权利要求6所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，参数m和n的计算公式如下：
9.根据权利要求8所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，参数k1、k2、k3、k4的计算方法如下：
10.根据权利要求7所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，参数a、b、c的计算方法如下：
...【技术特征摘要】
1.一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤s2中，塑性位移hr1和hr2的计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤s3中，弹性位移he1和he2的计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤s4中，总位移h1和h2的计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的一种通过布氏硬度预测金属材料抗拉强度的方法，其特征在于，步骤s5中，利用试验力f1、f2和总位移h1、h2，计算材料的初步预测抗拉强度rm0，然后对对初...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志杰，郑鹏飞，张归航，赵寅舒，邹易忱，车通，钱伟，张明，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
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