[发明专利]一种金属板材的各向异性断裂强度的测试试样

说明书

本发明公开了一种金属板材的各向异性断裂强度的测试试样，具体包括面外剪切试样、变圆角面外剪切试样和带偏心距面外剪切试样；其包括矩形毛胚、以及开设于矩形毛坯内的第一细槽和第二细槽；其中，面外剪切试样的第一细槽和第二细槽之间形成了一个长度不超过0.6mm的剪切变形区；变圆角面外剪切试样的半圆槽的弧边由至少两段不同半径的圆弧构成；带偏心距面外剪切试样的两个半圆槽呈偏心分布。本发明提出的新型测试试样，为板材测定各向异性断裂强度提供了可靠的测试途经和物理依据。本发明能引入传统板材剪切断裂强度测试试样的设计优势，提供稳定有效的测试结果。

技术领域

本发明涉及板材成形性能测试技术领域，具体地说，特别涉及到一种金属板材的各向异性断裂强度的测试试样。

背景技术

近年来，为了不断提高汽车碰撞安全性以及实现车身轻量化，强度高且成形性能好的先进高强钢被广泛运用到了各类车身结构件中。为了减小高强度钢板成形回弹量，提高零件的成形精度，通常在设计模具时采用较小的弯曲圆角半径，并在冲压工艺中采用较大的压边力。然而，随着弯曲圆角半径的减小，板料靠近模具圆角处的位置在成形过程中容易发生过早的断裂现象。

这种断裂现象与通常的颈缩断裂有明显的不同，裂纹平行于模具圆角，在断裂之前材料并没有明显的颈缩现象，断口处几乎没有发生材料的减薄。在厚度方向上，由于断口方向与拉伸主应力方向成45°角，因此汽车工业界中将这种拉伸状态下弯曲圆角处的早期断裂模式称为“剪切断裂”。

板料在轧制过程中产生了很大的塑性变形，通常在力学性能上表现出显著的各向异性，主要包括不同加载条件下的塑性变形行为和断裂强度各向异性。在大多数板料变形中，如冲压和碰撞，其厚度通常比其他几何尺寸小得多。因此，对于通常情况的板料成形分析来说，平面应力是一个有效的假设。由于面外应力对板料成形没有显著影响，断裂各向异性并没有实际影响。因此，平面内和平面外的断裂强度被认为是一致的。在这种情况下，各向异性不会对非平面加载条件下的断裂行为产生影响。但是，当平面外变形显著时，这种假设将不再成立。

先进高强钢板料在冲压过程中会发生小圆角半径的拉弯变形。在小圆角成形条件下，板平面的法向应力显著，材料受到复杂的剪应力作用，面外的剪应力影响显著，板材的失效行为与平面应力条件下的失效行为明显不同，此时金属板材断裂强度各向异性的影响必须考虑。为了更加准确地预测金属板材在小圆角成形条件下的“剪切断裂”现象，有必要建立金属板材各向异性断裂强度测试方法，设计更加合理的试样。

通过文献检索发现，F.Iob等人2015年发表论文“Modelling of anisotropichardening behavior for the fracture prediction in high strength steel linepipes”(“高强度管线钢断裂预测的各向异性强化建模”)，试验获取15～30mm厚的高强度管线钢沿厚度方向的力学性能。但是对于较薄(1～6mm)的金属板材，这种断裂强度测试方法无法实现。J.Peirs等人2012年发表论文“Novel Technique for Static and DynamicShear Testing of Ti6Al4V Sheet”(“Ti6Al4V板的静态与动态剪切测试新技术”)，提出几种新的剪切试样切口布置方式，使变形区应力状态更接近于纯剪切，但都局限于面内剪切试验，在板厚方向难于进行应用。

另外，本申请的方案与已有专利“金属板材面外剪切性能测试方法”中所述试样的设计参数不同，试验中剪切变形区应力状态更加接近于纯剪切，应力三轴度更小，并且采用线切割进行加工。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种金属板材的各向异性断裂强度的测试试样，其剪切变形区更接近于纯剪切应力状态的试样，为测定各向异性断裂强度提供了可靠的测试途经和物理依据。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：