[发明专利]一种测定金属材料塑性应变比的试验与计算方法

说明书

本发明公开了一种测定金属材料塑性应变比的试验与计算方法，具体涉及测定金属材料在1.0mm标距下的塑性应变比，包括测量节点布置及输出、r值计算及数据处理。本发明通过对单轴拉伸DIC试验制定详细的技术流程，提出明确的技术要求——在试件宽度方向布置的网格数量为两倍宽度，保证了在物理意义上定义1.0mm标距下的有限体A，实现了本发明的技术目标——获取金属材料1.0mm标距下的塑性应变比r值，通过本发明的实施，提升了r值测量的精度、可靠性和客观性，降低了试验成本，因此，本发明具有重要的理论与工程实践意义。

技术领域

本发明涉及一种测定金属材料塑性应变比的试验与计算方法，尤其是涉及测定金属材料在1.0mm标距下的塑性应变比。

背景技术

塑性应变比，即r值，是金属板材深冲成形性的重要评估指标，反映了金属薄板在平面内承受拉力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。当r＝1时，说明材料在宽度和厚度方向上的流变强度相等；当r＜1时，说明材料在厚度方向上容易变形减薄，冲压性能不好，而厚度减薄是冲压过程中发生开裂的重要原因；当r＞1时，说明材料冲压成形过程中长度和宽度方向上容易变形，厚度方向抵抗变形的能力强，不易开裂。

塑性应变比r值作为评价金属薄板深冲性能的重要参数，按照GB/T 5027-2016的定义是指在单轴拉伸应力作用下，即按照GB/T 228.1—2010规定的单轴拉伸试验方法，试样宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实塑性应变的比值，如下式：

式中，ε_a是厚度方向真实塑性应变；ε_b是宽度方向真实塑性应变，在GB/T 5027-2016单轴拉伸试验方法的基础上，增加横向引伸计测量并计算得到，其中，横向引伸计按照GB/T 12160-2002进行标定。

以上用单应变点的表达式只适合均匀塑性应变范围的情况，因为长度的变形量比厚度的变形量测量更容易、更精确，在塑性变形伸长量不超过最大力对应的塑性伸长量的范围内，由体积不变原理得到下式，用于计算塑性应变比r值：

式中，L₀是试样原始标距，L是试样进行约定应变后的标距，b₀是试样标距内的原始宽度，b是试样进行约定应变后的宽度。

由上式可以看出，塑性应变比是一个计算量，其精确度依赖于应变测量的精确度，而应变的测量依赖于引伸计对位移的测量，尤其是对于横向位移的测量精度。

基于国标GB/T 5027-2016的r值测量和计算方法存在不足，主要表现为：一是、在单轴拉伸试验的基础上增加了横向引伸计，增加了试验的复杂度；二是，GB/T 5027-2016与GB/T 228.1—2010，两者在试验方法上不能完全兼容，针对r值测定必须单独进行试验；三是，采用横向引伸计测量宽度变形，测量位置会引起误差；四是，国标GB/T 5027-2016的r值测定方法只能得到试件均匀颈缩变形阶段的r值，不能测定试件局部颈缩阶段的r值。

因此，采用数值图像相关法(Digital Image Correlation Method，简称DIC)测量r值成了一种理想的技术测量手段，如L.X.Yang等通过DIC测试技术，得到了在单轴拉伸试件变形过程中的r值真实应变曲线，实现了对断裂区域的r值测量，参考文献[1]——L.XYang et al,Measure Strain Distribution Using Digital Image Correlation(DIC)for Tensile Tests，然而，面向实际的工程应用，文献[1]的DIC试验方法存在明显不足，从而，导致对r值测量结果的不严谨。