[发明专利]一种塑性材料高温应变数据的处理方法

说明书

本发明公开了一种塑性材料高温应变试验数据处理方法,主要步骤是根据引伸计卸除时的控制参量得到第一段试验的结束点和第二段试验的起始点，然后结合阈值对因引伸计卸除造成的曲线毛疵进行插值数据处理。根据引伸计卸除前位移与应变的关系计算引伸计卸除后的应变值，使试验的应变数据完整化。对有明显屈服极限和无明显屈服极限的材料，基于辅助曲线与试验曲线的交点得到屈服极限。基于屈服极限过渡完成后的点到抗拉强度之间的数据得到材料的本构模型。本发明可通过编程实现试验数据去毛疵、应变数据完整化、屈服极限计算及本构模型参数拟合的自动化处理，可有效提高塑性材料高温应变试验数据处理效率。

技术领域

本发明涉及高温力学性能测试领域,具体涉及塑性材料高温应变试验数据处理方法。

背景技术

塑性材料即使存在较大变形也不会发生断裂，具有较好的抗冲击性能，广泛应用于航空发动机机匣、核电管道等领域，国内外众多单位致力于塑性材料新型加工工艺的研发。为了解新型加工工艺对力学性能的影响，需要进行材料试验，高温应变试验是耐高温塑性材料的基本力学试验之一。

塑性材料的高温应变试验中，常用的传感器包括位移传感器、力传感器及测试应变的高温引伸计。国内外材料试验机配套的高温引伸计多基于电桥电路工作原理，结构上为刀头、力臂、电路装置、引线等。高温拉伸引伸计包括2个刀头，刀头与试件接触，是试件应变测试的执行元件。2个刀头之间的初始距离称为标矩，当试件发生变形时，2个刀头之间的距离随试件的变形发生变化，通过电桥电路测试2个刀头的距离，可以得到标矩内试件的平均应变。

对于高温引伸计，刀头一般采用陶瓷或石英材料制作，这是因为这两种材料耐高温且在高温下的变形小，可以更为精确的响应试件的变形。不足的是，陶瓷和石英均为脆性材料，使得高温应变引伸计的量程受限，不能测试大变形，这导致大变形的高温塑性材料应变测试困难。

高温塑性材料变形大，颈缩明显，若用试件位移和试件长度的比值估计应变，误差往往很大。为使试验结果准确，也为物尽其用，通常将塑性材料的高温应变试验过程分两段：第一段试验，预设一个略小于引伸计满量程的应变上限值，用高温引伸计测试试件试验段的应变，直至应变达到预设值，试验机停止运动且保持当前试验状态，卸除引伸计；第二段试验中，在卸除引伸计的情况下，继续加载，直至试件断裂。这样，第一段试验可以采集到准确的应变数据，而第二段试验则无应变数据，在已有试验条件下最大限度满足了试验对应变测试的需求。

然而，高温塑性材料分段试验仍有两个问题需要解决：1)估计出第二段试验的应变数据，使应变数据完整，从而预估最大工程应变、工程应力、真应变、真应力等；2)对卸除引伸计导致的毛疵数据处理，这是因为分段试验虽然得到了部分应变数据，却因卸除引伸计而暂停加载，使原本较光滑的试验曲线出现人为毛疵(局部间断点)，这种毛疵是冲击振动造成的局部载荷突降，而继续试验加载后的一小段时间存在过阻尼振动造成的，它严重影响材料本构模型参数的计算精度，甚至导致完全错误的结果。

对第1)问题，常见的数据处理方法是用弹性模量及加载力数据估算卸除引伸计后的应变值，这种方法简单，但高温引伸计的满量程一般在10％左右，塑性材料大多在卸除引伸计时进入塑性段，采用弹性方式预估塑性应变会导致很大的误差。

对第2)问题，常见的处理方法是将毛疵看作粗大误差，从而直接将该毛疵数据删除以使曲线看起来光滑。这种方式不能从根本上消除试验数据间断点，而间断点的存在必然导致塑性材料本构模型参数的计算误差或错误。

发明内容

发明目的：本发明提供一种塑性材料高温应变试验数据处理方法,解决大变形塑性材料高温试验时，因陶瓷或石英刀头的高温应变引伸计量程不足而导致的应变测试数据不完整及试验结果含间断点的数据处理问题，同时解决大塑性变形材料本构模型的参数预估问题。该方法将高温大变形塑性材料力学测试数据处理过程流程化，便于软件编程自动处理试验数据，适用各类塑性材料的本构模型参数预估，可大大提高试验数据的处理效率。