[发明专利]一种利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法

说明书

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，属于金属板材变形测试方法。该方法设计新的试样几何结构，通过金属板材的单轴拉伸在变形区获得拉剪复合变形；所设计的试样特征为带弧形缺口和中心变形区减薄，在中心变形区获得均匀的线性拉剪应变路径。从而，可以在单向拉伸加载条件下在较大的变形区内获得均匀线性的拉剪复合变形路径，且通过调整试样的几何特征参数可实现不同的拉剪应变路径。本发明利用单向拉伸获得线性拉剪复合变形，且存在均匀的变形区，为准确测试金属板材在拉剪复合变形条件下的屈服、硬化行为及失稳和破坏极限提供了新的可靠方法。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，属于金属板材变形测试方法。

背景技术

金属板材在不同的应变路径变形时下会表现出不同的力学行为(屈服、硬化等)和成形性能(成形极限)。金属板材不同应变路径下变形行为的测试是获得金属板材成形过程中变形规律和破坏极限的重要工具，一般上其涵盖的应变路径为纯剪切到等向双拉之间，其中双拉变形普遍采用十字形试样的双轴拉伸获得，平面应变采用带缺口的单拉试样获得，单向拉伸通过带中心孔的光滑单拉试样获得。而对于金属板材的拉剪复合变形，普遍采用十字形试样的双轴加载获得，其中一向拉伸，一向压缩，对于板材来说压缩变形很容易导致失稳，因此双轴加载只能获得特别小的变形量，且操作比较复杂，试样形状如图1所示。

由于双轴加载实验操作比较困难，近年来也有学者提出了单向加载条件下获得拉剪复合变形的试样，分别如图2(a)-图2(c)所示。采用图2(a)-图2(c)所示的试样可通过单向拉伸获得拉剪复合变形，但存在以下两个主要问题：(1)图2(a)-图2(b)试样在变形过程中存在变形区的转动，使得变形区应变路径随时发生变化，无法获得线性的应变路径；(2)图2(a)-图2(c)所示试样变形区均比较小，无明显的均匀变形区，导致变形区的应变测量困难。以上问题导致采用目前的拉剪变形测试试样无法获得均匀线性的应变路径，因此很难准确表征金属板材在拉剪复合变形路径下的力学行为和成形性能。

发明内容

针对目前拉剪复合变形测试存在的问题，本发明的目的在于提出一种利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，可以利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形，变形路径保持线性且有足够的均匀变形区，可以获得较大的变形量(可以变形到试样破坏)，用来准备表征金属板材拉剪复合变形路径下的力学和失效行为。

本发明的技术方案是：

一种利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，该方法设计新的试样几何结构，通过金属板材的单轴拉伸在变形区获得拉剪复合变形；所设计的试样特征为带弧形缺口和中心变形区减薄，在中心变形区获得均匀的线性拉剪应变路径。

所述的利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，通过调整试样几何参数控制获得不同的拉剪复合应变路径。

所述的利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，中心变形区面积增大，使测量方便。

所述的利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，通过改变单向拉伸时的加载速率，获得金属板材在准静态到动态加载条件下的拉剪复合变形。

所述的利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法，具体包括如下步骤：

(1)设计新型的拉剪变形试样几何结构

单向拉伸试样的板材两侧对称开设两组弧形缺口，弧形缺口圆角半径r，单向拉伸试样的中心变形区为圆形，其厚度t减薄，使中心变形区厚度t小于板材厚度T，其中关键几何参数为板材厚度T，弧形缺口半径r，以及中心变形区的直径W、厚度t和过渡圆角半径R，通过调整关键几何参数获得不同的拉剪复合变形路径；

(2)拉剪变形试样测量标定

在试样观测区域表面通过喷漆方式形成随机分布的散斑并将其烘干；