[发明专利]一种金属材料的高温拉伸测试及高温流变损伤模型构建方法

权利要求书

1.一种金属材料的高温拉伸测试及高温流变损伤模型构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：利用Gleeble热模拟机测得金属材料拉伸试样在不同加热温度和应变速率下的高温拉伸载荷-位移数据；同时，测得高温拉伸时各个拉伸试样沿拉伸方向不同位置的温度分布数据；

步骤2：采用步骤1中测得的拉伸试样的温度分布数据，在有限元模拟程序中建立与拉伸试样几何形状尺寸和温度分布相同的有限元模型；

步骤3：利用Gleeble热模拟机测得金属材料的高温流变应力和应变数据，然后植入有限元模拟程序并进行修正，与步骤2中建立的有限元模型结合，模拟和再现拉伸试样在步骤1中的高温拉伸过程；

步骤4：综合分析步骤1中测得的拉伸试样的高温拉伸载荷-位移变化特征，拉伸试样断裂后的变形轮廓特征，以及拉伸试样变形区的微观缺陷分布特征，确定拉伸试样发生损伤开裂的临界颈缩量；

步骤5：读取步骤3中模拟的拉伸试样各单元节点在各拉伸步骤的应力、应变数据，采用损伤模型计算并确定拉伸试样在对应温度和应变速率下拉伸达到步骤4确定的临界颈缩量时的临界损伤值C_f，所采用的损伤模型表达式为：

T，ξ和ε分别为温度、应变速率和应变；C_f(T,ξ)为金属材料在不同温度和应变速率下拉伸开裂时的临界损伤值；f(σ_ij)为关于应力的函数；

步骤6：建立步骤5中确定的临界损伤值C_f与温度和应变速率的非线性关系模型，采用该模型对步骤5中所采用的损伤模型进行归一化处理，建立金属材料的归一化高温流变损伤模型，表征金属材料的高温流变损伤行为，并预测其高温流变开裂倾向，归一化的高温流变损伤模型表达式为：

损伤累积值Damage≥1，发生开裂；Damage＜1，不发生开裂；

步骤7：对步骤6中建立的金属材料高温流变损伤模型进行验证和修正，确保模型的准确性。

所述步骤1具体包括：

步骤1.1：分析金属材料的实际热加工过程，确定金属材料在热加工变形过程中所处的温度和速率范围；

步骤1.2：按金属材料高温拉伸测试标准，并结合Gleeble热模拟机的装夹要求，加工规定形状和尺寸的高温拉伸试样；

步骤1.3：在步骤1.1确定的金属材料热加工温度和速率范围内，在Gleeble热模拟机上开展步骤1.2加工的高温拉伸试样在不同温度和应变速率组合条件下的高温拉伸测试，测得各拉伸试样在对应温度和应变速率下的高温拉伸载荷-位移数据；同时，采用测温仪，测得高温拉伸时各个拉伸试样沿拉伸方向不同位置的温度分布数据。

所述步骤2具体包括：

步骤2.1：在有限元模拟程序中建立与步骤1中高温拉伸试样几何形状尺寸相同的有限元模型；

步骤2.2：对步骤2.1中建立的有限元模型的各个网格单元节点施加步骤1中测得的高温拉伸试样的温度分布数据，建立与步骤1中高温拉伸试样几何形状尺寸和温度分布相同的有限元模型。

所述步骤3具体包括：

步骤3.1：根据步骤1中拉伸试样沿拉伸方向的温度分布数据和应变速率范围，确定通过Gleeble热模拟压缩测试来测定金属材料高温流变应力-应变数据的压缩温度和应变速率范围；

步骤3.2：按金属材料高温压缩测试标准，并结合Gleeble热模拟机的装夹要求，加工规定形状和尺寸的高温压缩试样；

步骤3.3：在步骤3.1确定的压缩温度和应变速率范围内，在Gleeble热模拟机上开展步骤3.2加工的高温压缩试样在不同温度和应变速率条件下的高温压缩测试，测得各压缩试样在对应温度和应变速率条件下的高温压缩流变应力-应变数据，作为初步的金属材料高温流变应力-应变数据；

步骤3.4：将步骤3.3中获得的金属材料的高温流变应力-应变数据，以数据组或者由这些应力-应变数据构建的高温流变本构模型的形式，植入有限元模拟程序，与步骤2建立的有限元模型结合，建立具有与步骤1中高温拉伸试样几何形状尺寸和温度分布相同，且包含金属材料流变应力-应变数据的有限元模型；

步骤3.5：对步骤3.4建立的高温拉伸试样有限元模型，施加与步骤1高温拉伸测试相同的拉伸速率和边界条件，模拟各拉伸试样在步骤1中的高温拉伸测试过程，获得不同高温拉伸测试条件下的模拟拉伸载荷-位移数据；

步骤3.6：将步骤3.5中模拟得到的不同温度和应变速率条件下的模拟拉伸载荷-位移数据，以及拉伸试样的变形轮廓与步骤1中的高温拉伸测试结果进行对比，反复调控步骤3.4中植入有限元程序的金属材料高温流变应力-应变数据或相应的高温流变本构模型，直到步骤3.5中模拟得到的拉伸载荷-位移数据，以及拉伸试样的变形轮廓与步骤1中的高温拉伸测试结果相同，再现各个拉伸试样在步骤1中的高温拉伸测试过程。