[发明专利]用于表征材料的弯曲响应的方法和计算机程序产品

说明书

一种用于表征材料(10)的方法，其特征在于其包括以下步骤：进行弯曲测试并且使用以下方程式(I)计算所述材料(10)的横截面力矩M，其中F为施加弯曲力，L_m(β₁)为力矩臂，并且β₁为弯曲角度。力矩M的表达满足能量均衡(II)的条件，当真实弯曲角度β₂为(III)时。∫F ds＝∫2Mdβ₂(II)

技术领域

本公开涉及用于表征材料的方法，借此所述方法可用来在弯曲期间确定材料的实际响应。本公开的方法可用来计算与弯曲相关联的性质，包括横截面力矩、流动应力、杨氏模量和应变。本公开还涉及计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序含有计算机程序代码装置，所述计算机程序代码装置被布置来使计算机或处理器执行根据本公开的方法的计算步骤。

公开背景

由于许多原因，材料在弯曲期间的性质受到广泛关注。例如，近年来，在各种行业中，如在汽车、航天和建筑行业中，人们越来越关注利用超高强度(UHS)钢，即屈服强度≥550MPa或拉伸强度≥780MPa的钢。借助使用这种材料，包括这种材料的产品的性能得到了相当大的改善并且重量有有所降低。然而，众所周知，当钢的强度增加时，其可弯曲性倾向于减小。因此，需要研究并且改善高强度钢的可弯曲性以便满足来自市场的日益增长的需求。

金属材料的可弯曲性通常通过执行与拉伸测试组合的常规弯曲测试(通常三点弯曲测试)确定。然而，在测试样本的整个厚度上施加均匀张力的拉伸测试中材料展现的行为不同于材料在弯曲时展现的行为。也就是说，已发现拉伸测试不提供关于材料的弯曲行为的准确信息，即，材料在弯曲期间的实际响应。

Verband der Automobilindustrie(VDA)238-100:2010Plate Bending Test forMetallic Materials(下文中称为“VDA 238-100标准”)是通常用来确定金属材料、尤其冷轧钢的可弯曲性的标准测试过程。根据VDA 238-100标准中所描述的过程，使用三点弯曲设备确定弯曲角度，所述VDA 238-100标准指定测试条件、工具、几何形状和实验环境以及可弯曲性界限评估。VDA 238-100标准还指定计算弯曲角度的方法。为了允许具有不同厚度的金属之间的直接比较，通常使用等于材料厚度的平方根的厚度校正因数。

在VDA 238-100标准弯曲测试期间，监视移置使金属薄板测试样本弯曲的刀片所需要的力。这允许确定在弯曲测试期间达到的最大力和冲程-长度。随后冲程-长度可被变换成对应的弯曲角度。金属薄片的测试可在两个方向(即平行于和垂直于金属薄片的轧制方向)上进行。

图1展示使用VDA 238-100标准测试来测量刀片位置或“冲压机冲程”S(即，刀片已移置的距离)和施加力F获得的典型数据。根据VDA 238-100标准，当测试样本没有通过时，可使用对应于最大施加力F_最大、在施加力正开始降低之后的刀片位置确定弯曲角度。

弹塑性弯曲通常为稳定过程，其中测试样本的曲率均匀地增加而不扭结。已发现，VDA 238-100标准测试并不准确地预测金属材料在弯曲期间的实际响应，因为许多金属材料在弯曲期间并不展现这个理想的弹塑性行为(即没有加工硬化)，并且可能发生扭结。例如，Z.Marciniak,J.L Duncan和S.J.Hu在标题为“Mechanics of Sheet Metal Forming”，ISBN 0 7506 5300的书中公开以下内容：“很难从拉伸数据精确地预测力矩曲率特性[金属材料的][即横截面力矩，M]。力矩特性在极小应变下对材料性质极为敏感并且这些性质通常在张力测试中没有准确地确定”。