[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

说明书

一种钛合金锥形压痕约束因子和代表应变的确定方法，属于钛合金代表应变和约束因子计算方法。首先，计算钛合金不同屈服强度、应变硬化指数和弹性模量条件下的硬度；然后，在弹性模量不变的条件下，使用公式ln(H/σ_y)＝lnC+nln(Eε_r/σ_y)进行线性拟合，通过拟合直线斜率ln(Eε_r/σ_y)和截距lnC，分别求解不同屈服强度条件下的代表应变和约束因子；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；对约束因子和屈服强度进行线性拟合，确定关系式C＝p‑q×10^‑4σ_y中的线性拟合常数p和q；对屈服强度和压痕硬度数据进行线性拟合，确定关系式σ_y＝H/i‑j中的线性拟合常数i和j，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)。优点：该方法快速、简便、易行，效果良好。

技术领域

本发明涉及一种钛合金代表应变和约束因子计算方法，特别是一种钛合金锥形压痕约束因子和代表应变的确定方法。

背景技术

钛合金具有高比刚度、高比强度和优良的综合力学性能，在航空、航天领域得到广泛的应用。压痕技术测量材料性能具有制样简单，操作方便，无损等优点，从而广泛的应用于钛合金性能检测。压痕测试技术是将压头压入被测材料，通过连续记录压头加载过程和卸载过程的载荷、位移数据，得到载荷-位移曲线的一种方法。通过分析载荷-位移曲线，不仅可以得到被测材料的弹性模量和硬度，而且使用约束因子和代表应变，通过量纲分析和压痕变形过程有限元分析，可以由载荷-位移曲线反求应力-应变曲线，这对求解微小体积试样的应力-应变曲线，以及表征钛合金部件不同位置由于变形不均匀等原因引起的性能不均匀提供了一条可行便捷的方法。

目前已有的钛合金代表应变和约束因子的求解方法，求解得到的代表应变和约束因子为固定的值，但是并没有给出代表应变和约束因子随钛合金性能变化关系。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要提供一种钛合金锥形压痕约束因子和代表应变的确定方法，获得钛合金不同性能参数条件下，锥形压痕约束因子和代表应变的值。

实现本发明目的的技术方案：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约束因子和代表应变关系，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)；

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。

所述的压头和钛合金应力-应变曲线确定：

压头在有限元模型中简化为刚体；

钛合金的应力-应变曲线采用幂强化模型来描述：