[发明专利]真应力－真应变计算模型及测试系统

摘要

本发明针对真应力－真应变测量的实际问题，研究了材料变形的本质特征，公开一种真应力－真应变计算模型及实用测试系统：1.在对拉伸试件变形分析的基础上，将特殊部位具有特征的单元体作为应力应变分析的对象，创建了独特的全变形单元模型，首先解决了真应力真应变理论分析问题，确立了理论基础，建立了新的真应力－真应变计算公式：，。2.采用机器视觉技术与图像处理方法开发了与之相适应的实用软、硬件系统，实现了真正意义上的非接触真应力－真应变直接测量。3.测试系统硬件包括光源(1)、CCD摄像机(2)、图像采集卡(3)、数据采集卡(4)、材料试验机(5)。4.软件包括图像捕捉、载荷数据采集及综合计算分析程序。

主权项

1.真应力-真应变测量方法和计算模型：在对拉伸试件变形分析的基础上，将特殊部位具有特征的单元体作为应力应变分析的对象，创建了全变形单元模型；当对试样进行拉伸时，只有最终断裂的最小直径处的微小单元经历整个变形过程的各个阶段，直至断裂，它的力学行为真正完整地反映材料真实的本构关系，因而微小单元上测得的应力和应变是真应力、真应变；这个单元变形几何特征是，在拉伸试验过程中，无论是均匀的弹性、塑性变形，还是局部变形(颈缩)阶段，试件的变形始终是轴对称的，颈缩图形平面投影的特征是，颈缩部位的外轮廓线始终是对称与轴线向内凹曲的曲线，如果在试件平面投影图形外廓曲线的内侧设置两条分别与两外廓曲线相切的直线，在整个试验过程中，随着颈缩的发展，都使得这种相切关系得到保持，只要动态实时测量两直线距离，即可准确测得任意时刻试件标距范围内的最小直径。理论模型及计算公式：当材料发生颈缩后，处于最小直径附近的材料基本为几何对称体，在该处取长度为l0的微小长度作为分析单元，在长度趋于零的极限情况下，可忽略母线曲率变化，视为一个饼状单元体，任意时刻的真应力、真应变可分别表示为：${\sigma }_i=\frac{{4F}_i}{{\mathrm{\pi d}}_i^2}$ {ϵ}_i=\frac{d_0^2}{d_i^2}-1其中：Fi-任意时刻拉伸载荷，di-任意时刻最小直径，d0-原始直径，\sigma i-任意时刻真应力，\epsilon i-任意时刻真应变；只要测出任意瞬时的Fi，di，就可以得到任意时刻准确的真应力、真应变。如同时测得li则可同时得到延伸率，弹性模量等基本力学参数。$$