[发明专利]一种基于压痕轮廓识别金属材料拉伸性能参数的方法

说明书

本发明公开了一种基于压痕轮廓识别金属材料拉伸性能参数的方法，该方法建立压痕轮廓快照与材料本构参数间的关系，建立被测试材料本构参数的后验概率密度函数，求解后验概率密度函数，从而得到被测试金属材料的塑性拉伸性能参数，并给出识别结果的概率分布特征。本发明基于统计学贝叶斯反演理论，将模型参数以随机变量处理，考虑到了参数识别中潜在的实验和数值建模不确定性，能够以概率分布的形式给出参数识别的结果，将其应用于金属材料局部力学性能检测、材料加工过程中力学性能演化检测和役件力学性能的测量，实验过程简便，参数识别的可靠性高。

技术领域

本发明属于材料塑性力学性能测试方法技术领域，具体涉及到一种采用压入实验中的球形压痕形貌信息来反推被测试金属材料拉伸性能参数的方法。

背景技术

深入了解金属材料的塑性拉伸性能是进行材料成形建模和工艺分析的前提。当前，金属材料的拉伸力学性能多采用单轴拉伸实验进行检测。这种常规的实验方法需要将试件按照一定的几何形状进行切割，通过破坏性的拉伸过程来开展材料性能的测试。然而，这种常规力学性能测试手段的破坏性非常大、试件准备过程繁琐，并且难以用于材料局部力学性能的检测和服役件性能的测试。

仪器化压痕测试技术给金属材料塑性力学性能的实验检测提供了极大便利。相比于常规的拉伸实验而言，压痕测试方法更加的简便、灵活。并且，该种测试方法能够适用于很多单轴拉伸测试方法所不能应用的场合，极大地弥补了常规测试方法的不足。由于压痕测试方法的上述优点，逐渐得到了材料性能检测研究领域的着重关注，并且成为当前国际上学术研究的热点问题。

随着有限元仿真技术在压痕弹塑性接触变形研究中的深入应用，采用压痕实验并结合一定的数学方法反推被测试材料的塑性力学性能已经成为可能。2014年，Moussa等(Evaluation of the tensile properties of a material through sphericalindentation:definition of an average representative strain and a confidencedomain,Journal of Materials Science,49(2014)592–603)通过合理定义压痕实验加载曲线与一系列有限元仿真曲线的残差，并深入分析残差的分布特征，建立了一种依据压痕曲线获取材料拉伸性能参数的方法。通过该种方法，能够准确获取被测试材料的单轴力学性能，并且与单轴拉伸实验结果吻合较好。

基于压痕测试的有限元仿真和迭代最优化计算，一些学者建立了采用压入测试识别金属材料拉伸性能的方法。2019年，O.Iracheta等(A holistic inverse approachbased on a multi-objective function optimisation model to recover elastic-plastic properties of materials from the depth-sensing indentation test)Journal of the Mechanics and Physics of Solids,128(2019)1-20.)基于多目标优化算法，结合Berkovich压痕轮廓形貌和载荷位移关系曲线，建立了识别材料拉伸性能参数的方法。然而，该方法需要同时测量压痕轮廓形貌和载荷位移关系曲线。在参数识别中，对两种不同物理特征的测量量进行合理加权，这极大地复杂化了参数识别的优化迭代过程。

虽然已有学者建立了一些采用压痕实验获取金属材料塑性力学性能的方法。当前，在采用压痕实验识别金属材料拉伸性能参数的问题中，这些研究多将压痕加载曲线作为分析材料性能参数的有效实验响应量。并且，这些研究没有充分考虑到压痕实验和参数识别迭代计算中可能存在的不确定性，如：实验误差的扰动及仿真建模数值波动等因素的存在，不能够给出反推所得材料拉伸性能参数的概率分布信息。