[发明专利]调整材料外插硬化曲线的方法

说明书

本发明公开了一种调整材料外插硬化曲线的方法，包括步骤：1、开始材料单轴拉伸实验并获取工程应力应变曲线；2、通过材料工程应力应变曲线得到实验硬化曲线；3、实验硬化曲线的真应变补充至1，即模型拟合曲线；4、以实验硬化曲线的颈缩点为切点取切线；5、利用二阶贝塞尔曲线生成贝塞尔曲线即外插硬化曲线；6、通过控制参数x₁和y₂调节贝塞尔曲线的形状和应力值，使贝塞尔曲线与模型拟合曲线重合，确定x₁和y₂基准值；7、根据实际需要调节外插硬化曲线。本发明能通过三个点确定外插硬化曲线，通过贝塞尔曲线的参数调整实现外插硬化曲线的调整，并与实验硬化曲线光滑连接，满足材料拉伸实验和仿真对标过程中识别材料流动曲线的需求。

技术领域

本发明涉及一种材料力学性能的实验方法，尤其涉及一种调整材料外插硬化曲线的方法。

背景技术

精确的计算机仿真是材料在汽车上应用的前提，对材料力学行为的准确表征进而输入到仿真软件中是仿真的基础要求。单向拉伸应力状态下，材料在0-1真应变范围内的真应力应变曲线(硬化曲线)是目前通用有限元仿真软件中需要输入的关键数据之一。获取材料硬化曲线的实验方法是对材料进行单向拉伸实验。

对于大多数板材的拉伸实验而言，实验过程中的颈缩现象是难以避免的。颈缩现象的存在给材料的表征带来了较大的困难，两个主要原因分别是：(1)颈缩后难以获取真实的截面面积，通过某些简单公式进行计算而得到的应力不准确；(2)颈缩后应力分布不均，测试段的应力状态逐渐偏离单向拉伸。颈缩现象的存在使得通过简单的单向拉伸实验难以获得材料大应变范围内的硬化曲线，无法满足仿真软件中对硬化曲线要在0-1真应变范围内的要求。目前针对这一问题主要有两类解决方法：1、使用经验公式对实验结果进行修正。2、实验与仿真相结合的逆向方法，也即对材料颈缩后的硬化曲线部分进行逆向的补充，对比仿真结果与实验结果，得到能使两者相符合的硬化曲线。第2类方法由于过程需要输入的实验参数较少，步骤相对简单，具有较高的实际应用价值。

现有技术的硬化曲线逆向补充方法为采用应力应变本构模型对颈缩前的曲线进行拟合，再利用模型对颈缩后的曲线部分进行外插补充，外插应力的高低通过调整模型参数或拟合多个模型后在模型之间引入权重来调节外插应力。中国发明专利申请CN201910056296.1公开了一种金属圆棒试样单轴拉伸大应变范围硬化曲线的测量方法，并具体公开了：采用Voce模型拟合颈缩前的应力应变曲线，将模型参数进行组合调整以调整外插曲线进行流动曲线识别。现有技术的硬化曲线逆向补充方法存在以下问题：

(1)调节模型参数会导致模型对颈缩前曲线的拟合优度降低，造成应用过程中材料均匀变形段对标结果的偏离，若模型仅补充颈缩后硬化曲线部分，则颈缩后曲线无法与颈缩前的实验曲线接续，难以保证整段硬化曲线连续和光滑，处理较为繁琐。

(2)现有的应力应变本构模型为某种形式的函数，其形状只能在一定范围内进行调整。随着先进高强钢的应用，材料微观的强化机制更趋复杂，硬化行为多样化，现有本构模型外插曲线的形状不够灵活。

(3)识别流动曲线过程中需要多次调整外插曲线应力的高低，调整模型参数改变外插应力不够简单、直观、高效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调整材料外插硬化曲线的方法，能通过三个点确定实验硬化曲线的外插硬化曲线，通过对贝塞尔曲线参数的调整实现外插硬化曲线的调整，并使外插硬化曲线与实验硬化曲线光滑连接，满足材料拉伸实验和仿真对标过程中识别材料流动曲线的需求。

本发明是这样实现的：

一种调整材料外插硬化曲线的方法，包括以下步骤：

步骤1：开始材料的单轴拉伸实验，获取材料的工程应力应变曲线；

步骤2：截取材料工程应力应变曲线的均匀变形段并转换成真应力应变曲线，去除弹性应变，得到实验硬化曲线；