[发明专利]一种钛合金锥形压痕约束因子和代表应变的确定方法

权利要求书

1.一种钛合金锥形压痕约束因子和代表应变的确定方法，其特征是：通过压痕变形过程模拟计算钛合金的硬度，确定钛合金性能参数与锥形压痕约束因子和代表应变关系式，求解约束因子和代表应变，其计算步骤具体为：

a.计算压痕硬度：

先建立锥形压痕变形过程有限元模型；通过建立的有限元模型，计算钛合金不同屈服强度（σ_y）、不同应变硬化指数（n）和不同弹性模量（E）条件下压痕硬度（H）；

b. 计算约束因子和代表应变：

在弹性模量不变的条件下，确定不同屈服强度条件下的约束因子和代表应变；

使用公式ln（H/σ_y）= lnC+nln（Eε_r/σ_y）对不同屈服强度条件下，ln（H/σ_y）与n进行线性拟合，式中H 为压痕硬度，σ_y为屈服强度，C为约束因子，n为应变硬化指数，E为弹性模量，ε_r为代表应变；拟合直线斜率为ln（Eε_r/σ_y），截距为lnC，通过ln（Eε_r/σ_y）和lnC计算约束因子和代表应变；

通过约束因子和屈服强度线性拟合，得到关系式C=p-q×10^-4σ_y，其中p和q为线性拟合常数；对屈服强度和压痕硬度数据进行线性拟合，得到关系式σ_y= H/i-j，其中i和j为线性拟合常数；然后将关系式σ_y= H/i-j代入C=p-q×10^-4σ_y，得到压痕硬度与约束因子关系式C=p-q×10^-4（H/i-j）；对不同屈服强度条件下的代表应变进行平均确定代表应变；

所述的建立锥形压痕变形过程有限元模型，具体分为压头和钛合金几何建模以及压头和钛合金应力-应变曲线的确定，压头和钛合金几何建模的具体步骤如下：

（1）采用二维轴对称模型进行模拟，将三棱锥形Berkovich压头压入材料过程简化为轴对称问题；

（2）压头采用与竖直方向夹角70.3°的线段表示，被压钛合金用一个平面表示；

（3）平面的左边施加对称边界条件，底边限制竖直方向的位移，载荷通过压头的参考点施加；

（4）采用四节点轴对称线性减缩积分单元进行网格划分；

（5）在压头附近采用尺寸较小的网格，而在远离压头的位置采用尺寸较大的网格；

压头和钛合金应力-应变曲线确定：

压头在有限元模型中简化为刚体；

钛合金应力-应变曲线采用幂强化模型来描述：

其中，E为弹性模量，σ_y为屈服强度，n为应变硬化指数。