[发明专利]一种测定材料标距效应曲线的试验与计算方法

说明书

本发明公开了一种测定材料标距效应曲线的试验与计算方法，具体涉及试件测量节点布置及输出、真实应力应变的计算、不同标距下的真实应力应变曲线的处理及绘制标距效应曲线。本发明通过对单轴拉伸DIC试验制定详细的技术流程，提出了明确的技术要求——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取到从1.0mm到10mm的整数标距，实现了本发明的技术目标——获取材料的标距效应曲线，以用于材料等效应变失效模型中材料失效参数的设定，显著降低了汽车碰撞仿真材料失效问题的复杂性及材料试验成本，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材料标距效应曲线的试验与计算方法，尤其是涉及金属材料标距效应曲线的试验、计算及处理方法。

背景技术

按照当前的单轴拉伸试验标准，试验数据的处理均只针对拉伸试件在均匀颈缩段的测量数据，由于局部颈缩段的测量数据，一般被认为已经不满足简单应力应变状态或均匀变形条件，在数据处理过程中被舍弃掉。在实际的工程问题中，面对的是大量的材料大变形问题，表明材料进入了局部颈缩阶段，如冲压成形、碰撞折弯压溃等，因而，在理论认识水平和测试技术手段被客观限制的条件下，只能采用基于外推法假设延长材料的真实应力应变关系，目前，至少存在五种典型的材料硬化模型。

由于材料大变形条件下的本构关系采用外推方法，曲线默认延长长度的真实应变等于1.0，若要确定外推曲线的终点，即材料的失效状态，则需要引入材料失效模型以判断材料失效，典型的材料失效模型至少包括11种。

以GISSMO断裂模型为例，在汽车碰撞仿真模型中已经有许多成功的应用，但是，一种材料失效的模拟，至少需要测量四种简单应力状态下的材料参数。在整车碰撞模型中，多达几十种材料，甚至上百种材料，会导致材料的试验成本和试验周期显著增加，并且，使得解决问题的方法极其复杂。

那么，在汽车碰撞仿真模型中，有没有应用简单、效果又好、成本又低的材料失效模型呢？答案是在24号材料模型(LS-DYNA)中自带的等效应变失效模型，有且只有一个失效参数。然而，存在两个致命问题：一是，等效失效应变或断裂应变，如何测量？二是，碰撞仿真模型中存在网格尺寸效应，如何考虑？以下两篇文献对此给出了解决思路和方法。

本申请的发明人曾于2010年提出了一种单轴拉伸试验的数据测量和计算方法，给出了推测的材料标距效应曲线或参考长度效应曲线，基于有限元思想，提出了将有限元模型中的网格尺寸效应与单轴拉伸试验中的标距效应进行一一对应，即根据有限元模型的网格尺寸，找到在单轴拉伸试验中相同标距下的断裂应变值，作为碰撞仿真模型中的材料等效应变失效模型的参数输入，参考文献[1]——肖锋，一种单轴拉伸试验的数据测量和计算方法，专利号201010501697.2。所谓网格效应是指在有限元分析中，单元的等效应变随着网格尺寸的增加而减小，与之对应的标距效应是指在单轴拉伸试验中，被测量有限体的断裂应变随着标距的增加而减小。

L.X.Yang等通过数字图像相关法(Digital Image Correlation Method，简称DIC)，得到了一个关于材料标距效应曲线的结论——“The gage length effect analysisshows that the fracture strain increases significantly as the gage lengthchanges from standard length(50mm)to 2mm”，参考文献[2]——L.X Yang et al,Measure Strain Distribution Using Digital Image Correlation(DIC)for TensileTests。

标距效应曲线在现有的技术标准中找不到相关的测试方法，文献[1]和文献[2]的研究工作具有重要的开创性意义，但是，新的试验方法也存在明显不足。