[发明专利]圆柱形平头压入预测材料单轴本构关系的测定方法

摘要

本发明公开了一种圆柱形平头压入预测材料单轴本构关系的测定方法，采用硬质合金圆柱形平直压头对光洁材料表面进行准静态压入加载，获得连续的载荷P‑深度h曲线后通过载荷‑位移曲线简单处理得到弹性压入刚度S、弹塑性加载曲率C和加载指数m，经后期处理预测材料单轴本构关系。本发明克服了现有圆柱形压入技术只能近似估算材料弹性模量E和屈服强度σy，难以获得材料的硬化规律等不足，可简便有效地实现材料单轴本构关系预测，适用于轻质材料、软材料等的性能测试。本发明测试效果良好且具有普适性，因而也可用于蠕变、冲击等复杂加载条件进行材料本构关系和多因素的力学效应分析。特别是对于航空航天、高铁、船舶、汽车等运输工程中广泛使用的轻质材料以及生物医学工程软材料等的单轴力学性能获取具有重要意义。

主权项

1.圆柱形平头压入预测材料单轴本构关系的测定方法，采用硬质合金圆柱体对光洁材料表面进行准静态压入加载，获得连续的载荷P‑压深h曲线后通过载荷‑深度曲线分别标定出弹性压入刚度S，弹塑性加载曲率C和加载指数m，经后期处理预测材料单轴本构关系；后期处理包含如下步骤：1)根据公式(1)，圆柱形平头压入分为线弹性段与弹塑性段，采用线性趋势线回归P‑h曲线弹性段得到弹性压入刚度S，采用幂律趋势线回归P‑h曲线弹塑性段得到弹塑性加载曲率C及加载指数m；2)将1)所得结果输入(2)式可预测出被测材料或构件的本构参数E、σy、n，式中：S为载荷P‑深度h曲线初始线弹性段的斜率，E为材料的弹性模量，v为材料泊松比，v*为特征能量密度且满足v*＝Enσy1‑n/(1+n)，n为应变硬化指数，σy为名义屈服强度，D为圆柱形平头截面直径，C为加载曲率，m为加载指数，k1、k2、k3与k4为无量纲的求解常数；3)将2)得到E、σy、n的结果输入如下Hollomon模型即可获得材料单轴本构关系。