[发明专利]中厚板材料压缩试验辅助装置及流动应力曲线测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料性能试验装置及方法，具体涉及一种用于金属中厚板材料压缩试验的辅助装置以及中厚板材料流动应力曲线的测定方法，属于材料技术领域。

背景技术

在当前对产品结构轻量化以及节能降耗日益迫切的需求下，金属板料体积成形技术因其可用于成形具有一定立体形状、非等厚度的复杂零件，而成为中厚板成形领域的重要发展趋势，此处所述的中厚板是指板厚>3mm的金属板料。作为一种典型的局部大变形过程，采用耗时费力的传统试错法进行板料体积成形工艺和模具设计显然无法满足要求，因此必须依赖数值模拟技术从根本上解决上述困难。数值模拟的可靠性与材料流动应力曲线的准确性密切相关，而中厚板材料的流动应力曲线可以通过与材料轧制方向成一定角度的单轴拉伸试验获得。但是，传统的拉伸试验过程会较早地出现局部颈缩现象，导致由此获得的流动应力曲线范围偏小，一般应变小于0.2，因而无法满足板料体积成形大应变（应变>1.0）的要求。

除拉伸试验之外，材料流动应力曲线也可通过圆柱体试样的压缩试验得到。由于压缩试验不会产生拉伸试验中的颈缩现象，因此能够测得较大应变范围的流动应力曲线。但是，试样在压缩过程中，由于试样和工具接触面上存在摩擦而导致鼓形的存在，试样内部的应力和应变并非是均匀分布，因此采用传统均匀变形方式计算得到的流动应力曲线精度有限。

同时圆柱体压缩实验常用于棒料，对于中厚板材料来说，由于相同高径比条件下的压缩试样尺寸比棒料小的多，如果采用标准材料性能试验机的上下压头直接进行压缩试验，则很容易产生非轴向力而引起失稳，从而严重影响试验结果，无法稳定、准确地得到中厚板材料的流动应力曲线。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中厚板材料压缩试验的辅助装置，其能够使压缩试验得到可靠的试验数据，提高小压缩试样的测量精度，本发明同时提供一种应用该辅助装置通过压缩试验获取中厚板材料流动应力曲线的测定方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种中厚板材料压缩试验的辅助装置，其包括下模板、上模板、四个导柱和四个导套，所述四个导套位置均匀地安装在所述上模板上，所述四个导柱固定安装于下模板上且分别滑动地插入四个导套中。

所述上模板和下模板所采用材料为硬质合金，硬度为HRC60以上。

所述导柱之间的最大间距小于导柱直径的3倍。

所述下模板上设有用以试样定位的标尺。

本发明另一技术方案为：

一种中厚板材料流动应力曲线的测定方法，其采用所述辅助装置在材料性能试验机上对中厚板的试样进行压缩试验，在计算机中通过试样压缩有限元模型模拟材料压缩试验过程，将模拟得到的载荷-位移曲线与使用辅助装置进行压缩试验测量得到的载荷-位移曲线作对比，通过反复迭代修正有限元模型中的流动应力曲线，使得模拟和试验结果的误差达到设定的阈值，从而得到中厚板材料的真实流动应力曲线。

所述测定方法的具体步骤如下：

步骤一，将所述辅助装置安放在材料性能试验机上，保证该辅助装置的上模板与材料性能试验机的压板对中，启动材料性能试验机作未放置试样的空压试验，材料性能试验机的压板下压直至载荷到达预设载荷，得到空压试验的载荷-位移曲线；

步骤二，将所述试样置放在辅助装置的下模板上，通过下模板上的标尺保证试样与下模板对中，启动材料性能试验机进行已放置试样的实压试验，材料性能试验机的压板下压直至载荷到达预设载荷，得到实压试验的载荷-位移曲线；

步骤三，将实压试验的载荷-位移曲线与空压试验的载荷-位移曲线相减，得到消除材料性能试验机影响后的真实载荷-位移曲线，再将该真实载荷-位移曲线按n个均匀的增量步进行插值，得到增量步i的真实位移s_i和真实载荷

步骤四，假设试样均匀压缩变形，由下式（1）得到增量步i的初始应力由下式（2）得到增量步i的初始应变在此基础上形成初始流动应力曲线，