[发明专利]基于拉伸剪切和缺口拉伸试验的损伤模型参数标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及损伤模型参数标定技术领域，特别是涉及一种基于拉伸剪切和缺口拉伸试验的损伤模型参数标定方法。

背景技术

损伤模型是开展诸多工程数值模拟的基石，在材料加工、汽车耐撞性检验、高铁安全性测试、鸟撞飞机模拟等领域中都有广泛应用，能为材料和结构优化设计提供宝贵的技术参数和参考信息。但是，数值模拟的预测能力和可靠性很大程度上依赖于模型参数的准确性，因此必须对材料损伤模型参数进行细致地实验标定。

通过查阅教科书或参考文献得知，损伤模型参数标定的传统方法大多依赖于单轴压缩试验和扭转试验。大部分金属材料韧性很好，在单轴压缩下很难发生破坏，因而无法获取材料的断裂应变。而扭转试验需借助专门的扭转加载装置，装置搭建和试样加工均比较复杂。因此需要发明一种简单可靠、材料适用性广的获取低应力三轴度下材料力学响应的试验方法。缺口拉伸试验方法文献中已有报道。但传统方法在进行数据处理时，均假定断口处塑性体积不变，通过图像处理来获取断裂前后断口截面积变化进而计算试样断裂应变。由于断面参差不齐，图像处理误差很大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于拉伸剪切和缺口拉伸试验的损伤模型参数标定方法，以提高参数标定精度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于拉伸剪切和缺口拉伸试验的损伤模型参数标定方法，其包括如下步骤：

步骤1：对异形拉伸剪切试样施加轴向拉力，将单轴拉伸载荷转化为多个方向上的纯剪切载荷，获取低应力三轴度下材料的剪切力位移曲线；

步骤2：对缺口拉伸试样施加轴向拉力，将单轴拉伸转化为三轴拉伸，获取高应力三轴度下材料的三轴拉伸力位移曲线；

步骤3：利用准静态单轴压缩试验获取材料弹塑性变形过程中的应力应变曲线，结合材料弹塑性理论模型获取材料的弹塑性变形本构模型参数；

步骤4：利用步骤3中标定好的本构模型参数，进行全尺寸静态和动态有限元模拟，模拟中只考虑材料弹塑性变形而无需考虑断裂准则，获取拉伸剪切和缺口拉伸试验中试样的力位移曲线和应力应变曲线；

步骤5：将步骤4中模拟获取的力位移曲线与试验获取的相应力位移曲线进行对比，如果能够重合，表示本构模型参数准确，否则需要进一步优化；

步骤6：根据试验获取的力位移曲线判断试样的断裂时刻，进而输出相应时刻模拟中断口附近单元的平均断裂应变；

步骤7：利用已经得到的断裂应变和应力三轴度的关系，通过非线性拟合获取损伤模型中的参数；

步骤8：对比模拟和试验结果，如果模拟结果能够准确的预测试样的真实断裂应变，表示拟合参数准确，否则需要进一步进行优化。

其中，在步骤1和步骤2中，通过拉伸试验机施加轴向拉力。

其中，在步骤1和步骤2中，轴向拉力通过设于拉伸试验机内的力传感器测量，试样拉伸的位移通过引伸计测量。

其中，步骤1中，所述异形拉伸剪切试样为0度剪切试样和45度剪切试样，所述0度剪切试样和45度剪切试样均为板状试样。

其中，所述0度剪切试样沿其纵向相对两侧设有倾斜且平行的一对缺口，所述缺口的底部通过圆弧过渡连接，且一对所述缺口的圆弧圆心位于所述0度剪切试样的纵向轴线上；所述45度剪切试样沿其纵向的相对两侧设有倾斜且相对的一对缺口，所述缺口的底部通过圆弧过渡连接，且一对所述缺口的底部之间留有间距。

其中，所述缺口与其所在侧边的夹角为45度；所述0度剪切试样和45度剪切试样的板厚为1～2mm。

其中，所述缺口拉伸试样呈板状，沿其纵向相对两侧设有与其所在侧边垂直且相对设置的一对缺口，所述缺口的底部通过圆弧过渡连接，且一对所述缺口的底部之间留有间距。

其中，步骤1中，低应力三轴度的范围为0～0.33。

其中，步骤2中，高应力三轴度的范围为0.4～1.1。

其中，步骤3中，材料弹塑性理论模型选择Johnson-Cook模型。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：