[发明专利]基于DIC技术的材料参数获取方法

说明书

基于DIC技术的材料参数获取方法，进行单边缺口拉伸实验，在试样表面喷涂散斑，实验过程采用DIC数字图像测量设备进行数据采集，从试验机得到材料的荷载位移曲线，从DIC得到三维尺寸信息并建立有限元模型；矫正实验机的荷载位移曲线及目标荷载位移响应曲线；得到荷载位移信息,进行评价。本发明结合数字图像相关方法与有限元方法，能合理地、准确地获取试样的材料参数。本发明适用性广泛，可用于金属材料和大多数非金属材料。本发明可以大大减少实验次数、缩短时间从而降低材料费用。

技术领域

本发明涉及一种金属材料测量方法，更具体的，涉及一种基于DIC技术的材料参数获取方法。

背景技术

传统的金属材料参数测量方法是通过对该材料试样的单轴拉伸实验，获取标距段内载荷位移曲线，进而转化为材料的性能曲线。这种传统的方法要求在制作疲劳试样时需要额外的加工一批标准拉伸试样，并且对拉伸试样的制作加工工艺要求较高。不仅如此，传统方法计算材料参数时，默认试样在拉伸过程中其标距段内变形均匀，而实际上，无论棒状拉伸试样或是板状拉伸试样，由于试样在加工过程中或多或少会产生细小缺陷，或者是试样表面存在残余应力，拉伸过程中其标距段内各处的变形不完全一致。在拉伸过程中，存在微观细小缺陷的部分会产生较大的变形，而其余无缺陷部分变形则小得多，这种情况下计算得到的材料参数不够精确。

传统拉伸实验在试验机上，由于试验机运行过程中存在横梁弹性变形和间隙等现象，因此将会存在一些必不可免的实验误差，从而对实验结果产生一定的影响，导致该位移测量值存在较大的误差。

发明内容

针对上述存在的问题，提供一种DIC技术的的材料参数获取方法，能更加合理地获取金属的材料参数。

本发明采用以下技术方案:

基于DIC技术的材料参数获取方法，包括以下步骤：

步骤一、进行单边缺口拉伸实验，在试样表面喷涂散斑，对实验过程采用DIC数字图像测量设备进行数据采集，从试验机得到材料的荷载位移曲线，从DIC得到三维尺寸信息；

步骤二、根据三维尺寸信息建立有限元模型，选定区域划分网格，在应力应变集中处进行网格细化；

步骤三、根据有限元模型边界处网格节点的位置和数量，从DIC中提取对应节点节点处的时间与位移关系；并根据节点处的时间与位移关系矫正实验机的荷载位移曲线，得到较为准确的荷载位移响应曲线，插值得到目标荷载位移响应曲线；

步骤四、将边界条件赋值到有限元模型上，输入初始材料参数，即弹性模量、屈服强度应力值，调用有限元软件进行运算，运算结束后提取模拟结果，最终得到荷载位移信息；

步骤五、将步骤四得到的模拟荷载位移信息与步骤三得到的目标荷载位移响应曲线，代入评价函数：

P为输入量，即初始材料参数；

Si(P)表示在P材料参数下运算到第i步的模拟荷载值；

Mi为第i步时目标荷载位移响应曲线的荷载；

n为目标荷载位移响应曲线中点的个数；

对结果进行适定性评价，若满足评价要求，则结束反演流程，若不满足，则通过N-M算法更新初始材料数值，并返回步骤四；

将n个待反演参数记为x₁,x₂,…,x₃。把n维空间内的一点作为一组参数，并记为X⁰，然后选取正数δ(构造多面体半径)和单位向量e_i，构造其n+1个顶点的单纯形，即