[发明专利]金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法

权利要求书

1.一种金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：依据热弹性效应的原理，计算金属板料单向拉伸弹性变形过程的温度变化量；

步骤2：根据能量守恒定律分析板料塑性变形过程的产生的热量及与环境的热交换量，并建立能量守恒公式；

步骤3：通过设定假设条件，简化能量守恒公式；

步骤4：根据板料材料的应力应变关系，依据塑性变形相关原理计算变形过程的塑性功；

步骤5：将单向拉伸过程的应变率、塑性功、基本材料常数、试样尺寸参数值代入所述能量守恒公式，得到金属板料单向拉伸过程的温度变化的预测结果。

2.根据权利要求1所述的金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法，其特征在于，步骤1中金属板料单向拉伸弹性变形过程是指：由于固体材料的热弹性效应，弹性拉伸载荷会引起试样温度的略微下降，该阶段材料的温度变化计算公式如下：

式中：ΔT表示板料的材料温度变化，T₀表示试样初始温度，Δσ表示应力变化，α表示材料的线性膨胀系数，C表示材料比热容，ρ表示材料密度，ε表示材料的塑性应变值；

由于热弹性效应阶段的温度变化极小，不超过1℃，在预测温度变化时忽略，只计算弹性段结束时，即ε＝ε₀时材料的温度变化记为ΔT₁，并将ΔT₁作为后续塑性阶段的初始温度；其中ε₀表示材料热弹性效应段结束时对应的塑性应变，也是材料的塑性变形开始占主导作用的起始点对应的塑性应变；ΔT₁的计算公式如下：

式中：Δσ₀表示塑性应变为ε₀时对应的应力变化。

3.根据权利要求1所述的金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法，其特征在于，所述步骤2中包括：通过分析大量塑性功的释放时，板料温度变化量以及板料与环境之间进行的热交换，将单向拉伸板料的标距段作为一个微元体，建立如下的能量守恒公式：

式中：代表微元体六个表面的换热量，T表示微元体的瞬时温度，C表示材料比热容，p表示材料密度，表示微元体温度对时间的偏导，表示与x轴垂直的微元体上两个表面的换热量，表示与y轴垂直的微元体上两个表面的换热量，表示与z轴垂直的微元体上两个表面的换热量，a表示换热系数或导热系数，表示辐射换热，表示试样的内热源，单向拉伸中主要是塑性功转化的热量，假设转化系数为β，则内热源的计算公式如下：

式中：σ表示应力；其中，对板料进行单向拉伸试验，获取应力应变关系，能够得到塑性功的值。

4.根据权利要求3所述的金属板料单向拉伸过程温度变化的预测方法，其特征在于，所述步骤3包括：假设单向拉伸板料的标距段在均匀变形过程，即抗拉强度之前温度均匀，把该标距段作为一个微元并建立直角坐标系；

具体地，对步骤2中的公式(1)等式左右两边同时对dt积分，并同乘以微元体积v，其中v＝dxdydz，得到在Δt时间内，微元的能量守恒公式如下：

对公式(2)进一步简化后得到能量守恒公式如下：

把公式(3)中微元体的自然对流换热量与辐射换热量合并，即：

式中：ΔT₂表示试样与环境的温差，Δt表示拉伸过程持续时间，h_c表示自然对流换热系数，h_r表示辐射传热等价系数，为了简化，将自然对流换热系数以及辐射传热等价系数的和用综合换热系数h表示，h能够通过查表并结合经验取值获得；A_x和A_z分别表示x方向和z方向垂直的端面面积；

将金属板料单向拉伸的塑性变形过程的能量守恒公式进一步简化为：