[发明专利]一种用于高能重离子辐照样品的小冲杆测试装置和方法

权利要求书

1.一种用于高能重离子辐照样品的小冲杆测试装置的测试方法，小冲杆测试装置包括：下夹具(8)，设置于底座(9)上，所述下夹具(8)上设置有样品槽(10)，用于容纳高能重离子辐照样品；上夹具(5)，其与所述下夹具(8)相适配，所述上夹具(5)内容纳有冲压球(6)，用于挤压所述高能重离子辐照样品；冲杆(2)，所述冲杆(2)的上端与连接杆(1)连接，所述冲杆(2)的下端为自由端，用于挤压所述冲压球(6)；线性位移传感器(3)和固定杆(4)，所述线性位移传感器(3)与所述连接杆(1)活动连接，所述固定杆(4)设置于所述下夹具(8)上，并与所述线性位移传感器(3)固定连接，所述线性位移传感器(3)用于测定所述连接杆(1)的位移；

其特征在于，测试方法包括如下步骤：

a高能重离子通过减能装置后在样品表面及内部形成一定深度且均匀分布的离位损伤坪区，形成具有辐照层和未辐照层的层状复合辐照样品；

b通过标准单轴拉伸试验测得另一未辐照样品的弹塑性本构关系，并对该未辐照样品的弹塑性本构关系进行参数化，建立高能重离子辐照样品的小冲杆试验有限元模型；

c利用小冲杆试验获取所述步骤a中层状复合辐照样品的载荷-位移曲线，通过比较载荷-位移曲线与所述步骤b中的小冲杆试验有限元模型中有限元数值模拟结果，对所述步骤a中层状复合辐照样品的辐照层本构关系参数进行调整，再将调整后的辐照层本构关系赋给所述步骤b中的小冲杆试验有限元模型进行有限元模拟，直至满足收敛条件，即得到所述步骤a中层状复合辐照样品的辐照层材料的弹塑性本构关系；

所述步骤c利用反向有限元方法求解高能重离子辐照样品的弹塑性本构关系，具体包括：

1)未辐照样品的弹塑性本构关系包括弹性模量、泊松比、屈服强度及极限拉伸强度，均来自于未辐照样品单轴拉伸试验曲线；将未辐照样品单轴拉伸试验曲线进行参数化处理，未辐照样品的弹塑性本构关系参数化处理选用Hollomon、Ludwick或Voce拟合模型分别进行拟合，再根据以上几种形式的拟合度选用最佳弹塑性本构关系参数化形式，各参数化形式如下：

Hollomon:σ＝Kεⁿ (1)

Ludwick:σ＝σ_y+Kεⁿ (2)

Voce:σ＝σ_s+(σ_s-σ_y)exp(-ε/ε_c) (3)

式中，σ是应力，ε为应变，K为硬化参数，n为硬化指数，σ_y为屈服应力，σ_s为饱和应力，ε_c是特征应变；

高能重离子辐照样品后，样品的弹性模量和泊松比保持不变，其他弹塑性本构关系参数K，n，σ_y，σ_s，ε_c通过反向有限元方法测定；

2)建立高能重离子辐照样品的小冲杆测试有限元模型，高能重离子辐照样品辐照层向上，未辐照层的材料属性为单轴拉伸试验获得的弹塑性本构关系，辐照层的属性初始弹塑性本构关系与未辐照层相同，将有限元计算所得的载荷-位移曲线与辐照样品小冲杆试验曲线插值后应用式(4)进行处理，通过采用Nelder–Mead方法进行搜索迭代更新辐照层样品的弹塑性本构关系参数，以实现式(4)的计算残差最小化：

式中，S代表拟合度，数值越小代表弹塑性本构关系参数越精准；N为载荷-位移曲线插值数目，代表试验曲线，代表试验曲线的均值，代表数值模拟曲线。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤a中，所述减能装置为匀速旋转的盘式减能装置，所述离位损伤坪区的深度为25～100μm。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤c的收敛条件是指随着迭代的进行，拟合度S的值小于等于预先设置的收敛值0.005，即当计算得到拟合度S值大于0.005时，采用Nelder–Mead方法更新辐照层本构参数继续计算，直至计算拟合度S小于等于0.005时，结束计算，并认为此时的本构关系即为辐照样品辐照层的本构关系。