[发明专利]基于拉伸实验的热塑形材料高低温本构方程的构建方法

说明书

本发明涉及一种基于拉伸实验的热塑形材料高低温本构方程的构建方法，包括：根据弹性模量和温度，拟合得到弹性模量与温度的正切双曲关系；根据最大拉伸应力和温度，拟合得到最大拉伸应力与温度的正切双曲关系；根据最大拉伸应力对应拉伸应变和温度，拟合得到最大拉伸应力对应拉伸应变与温度的分段线性关系；代入本构方程得到应力‑应变的拟合曲线，通过比对拟合曲线与实验曲线的吻合度来确认本构方程的准确性，然后用经过验证的本构方程预测其它温度的应力‑应变曲线。本发明基于拉伸实验的热塑形材料高低温本构方程的构建方法，不需要对材料进行大量繁复的力学试验测试就可以确定在不同温度条件下材料的应力‑应变曲线图。

技术领域

本发明涉及材料力学特性领域，更具体地涉及一种基于拉伸实验的热塑形材料高低温本构方程的构建方法。

背景技术

塑料因其具有质轻、性能优良、耐腐蚀和易成形加工等优点，在生活各领域的应用比例不断增加。同时，高低温载荷下的失效是塑料零件的重要失效形式。目前汽车塑料部件高达1/3的产品失效发生在高低温阶段。近年来，随着安全性问题越来越受关注，各行业对塑料材料的失效越来越重视，而热塑料材料力学性能对其失效有至关重要的作用。

关于塑料材料的高低温下的本构方程是近几年来的研究热点。但是，现有的本构方程需要进行大量繁复的力学试验测试，非常复杂。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的复杂的问题，本发明旨在提供一种基于拉伸实验的热塑形材料高低温本构方程的构建方法。

本发明所述的基于拉伸实验的热塑形材料高低温本构方程的构建方法，包括如下步骤：

S1：将热塑形材料在常温T_a下进行常温拉伸实验，在温度T₁和T₂下进行两个高温拉伸实验，在温度T₃和T₄下进行两个低温拉伸实验，分别得到试验弹性模量、试验最大拉伸应力、试验最大拉伸应力对应拉伸应变、试验拉伸应力和试验拉伸应变曲线；

S2：根据各试验弹性模量和相应的温度，用如下本构方程拟合求解a、b、c和d四个系数：

E(T)＝a·(tanh(T+b)/c))+d (I)

式(I)中，E(T)表示温度为T时的弹性模量，a、b、c和d为材料相关的常数；

S3：根据各试验最大拉伸应力和相应的温度，用如下本构方程拟合求解e、f、g和h四个系数：

σ_Y(T)＝e·(tanh((T+f)/g))+h (II)

式(II)中，σ_Y(T)表示温度为T时的最大拉伸应力，e、f、g和h为材料相关的常数；

S4：根据各试验最大拉伸应力对应拉伸应变和相应的温度，用如下本构方程拟合求解k₁、k₂两个系数：

式(III)中，ε_Y(T)表示温度为T时的最大拉伸应力对应拉伸应变，i为常温下最大拉伸应力对应的拉伸应变，k₁、k₂为材料相关的常数；

S5：将温度T₁，T₂，T_a，T₃，T₄代入式(I)-(III)中，分别得到拟合弹性模量、拟合最大拉伸应力和拟合最大拉伸应力对应拉伸应变，然后将该拟合弹性模量、拟合最大拉伸应力和拟合最大拉伸应力对应拉伸应变代入下式(IV)表示的本构方程得到应力-应变的拟合曲线：