[发明专利]一种表征轧制差厚板力学行为的单向拉伸试样的设计方法

摘要

本发明属于金属板材性能测试领域，具体涉及一种表征轧制差厚板力学行为的单向拉伸试样的设计方法。本发明的技术方案如下：包括如下步骤：确定轧制差厚板单向拉伸试样的取样位置及大致形状：以单向拉伸试样变形区内厚区或薄区作为基准区域，选定基准区域的名义宽度b_b作为基准宽度；依据是否考虑轧制差厚板的力学性能的均匀性，分别设计单向拉伸试样的变形区的几何形状；设计轧制差厚板单向拉伸试样的整体长度、夹持端宽度以及夹持端到变形区的过渡圆弧半径；根据以上步骤确定的尺寸，确定轧制差厚板单向拉伸试样的整体外形尺寸。本发明通过特殊设计的单向拉伸试样在拉伸过程中具有相同的几率发生屈服，实现利用单向拉伸实验来表征轧制差厚板的力学性能。

主权项

1.一种表征轧制差厚板力学行为的单向拉伸试样的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定轧制差厚板单向拉伸试样的取样位置及大致形状：轧制差厚板单向拉伸试样的取样位置应包括轧制差厚板的部分厚区、部分薄区以及全部厚度过渡区，其中，厚区和薄区分别位于厚度过渡区的两侧，试样夹持端之间厚区与薄区的长度相等，为5‑20mm；步骤2：以单向拉伸试样变形区内厚区或薄区作为基准区域，选定基准区域的名义宽度b_b作为基准宽度；步骤3：针对性能不均匀的轧制差厚板以及性能均匀的轧制差厚板，分别设计单向拉伸试样的变形区的几何形状；针对力学性能不均匀的轧制差厚板，设计单向拉伸试样的变形区的几何形状,包括如下步骤：步骤一、将轧制差厚板的厚度过渡区分为长度相等的n个区域，以第i区为基准，i＝1,...n，制备n个其厚度与i区厚度t_i相同、成形工艺和退火工艺与i区位置的工艺相同的等厚度板；沿轧制方向，在上述不同厚度的等厚度板上，以国标GB /T 228.1‑2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》为标准，使用电火花线切割切取等厚拉伸试样，分别进行单向拉伸试验，测量其屈服强度，为保证测量数据的准确性，屈服强度采用3次测量求平均值的方法，获得与等厚拉伸试样对应的各种厚度的等厚板的屈服强度Re_i；步骤二、以所述基准区域的材料作为基准材料，计算变形区内基准材料发生屈服时所需拉力；具体计算公式如下：F_b＝S_b×Re_b＝b_b×h_b×Re_b                (1)其中：F_b表示基准材料发生屈服时所需拉力；S_b表示基准区域的截面积；h_b表示基准区域的厚度；Re_b表示与基准区域厚度相同的等厚板的屈服强度；步骤三、确定单向拉伸试样厚度过渡区不同厚度处的截面积；具体计算公式如下：其中：S_j表示拉伸试样过渡区j点位置处的截面积；Re_j表示拉伸试样过渡区j点位置处的屈服强度；步骤四、确定单向拉伸试样厚度过渡区不同厚度处的试样宽度；具体计算公式如下：其中：b_j表示单向拉伸试样厚度过渡区j点位置处的试样宽度；h_j表示单向拉伸试样j点位置处的试样厚度；步骤五、使用样条曲线，将变形区内各宽向的轮廓点连接起来，获得轧制差厚板单向拉伸试样变形区的几何形状；针对力学性能均匀的轧制差厚板，设计单向拉伸试样的变形区的几何形状包括如下步骤：步骤A、计算基准区域截面积S_b，具体计算公式如下：S_b＝b_b×h_b                 (4)步骤B、将轧制差厚板单向拉伸试样的厚度过渡区放置于空间直角坐标系中，坐标原点取在过渡区左端截面的中心点，轧制方向与Y轴平行，试样厚度方向与Z轴平行，试样宽度方向与X轴平行；此时轧制差厚板位于坐标系第一象限的厚度过渡曲线的数学表达式为：h_k＝f(y_k)        0≤y_k≤l              (5)式中k为厚度过渡区内某一横截面；2h_k为该横截面的高度；y_k为该横截面与坐标原点间的距离，l为轧制差厚板过渡区长度；根据轧制差厚板过渡区类型的不同，其厚度过渡曲线如下：1)直线型过渡区，其过渡曲线的表达式为：f(y_k)＝cy_k+a    0≤y_k≤l                (6)式中c、a分别为该函数的系数，为取值与过渡曲线形状有关的常数；2)三次曲线型过渡区，其过渡曲线的表达式为：式中c₀、c₁、c₂、c₃分别为该函数的系数，为取值与过渡曲线形状有关的常数；步骤C、计算轧制差厚板单向拉伸试样位于坐标系第一、二象限的宽度过渡曲线的数学表达式：式中|2b_k|为该横截面的宽度；根据轧制差厚板厚度过渡曲线的表达式的不同，宽度过渡曲线的表达式如下：a)厚度过渡曲线为f(y_k)＝cy_k+a，宽度过渡区曲线的表达式为：b)厚度过渡曲线为宽度过渡区曲线的表达式为：步骤D、将空间坐标系内宽度过渡曲线投影到xOy平面上，获得轧制差厚板单向拉伸试样过渡区的几何形状；步骤4：参照GB/T 228.1‑2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》设计轧制差厚板单向拉伸试样的整体长度、夹持端宽度以及夹持端到变形区的过渡圆弧半径；步骤5：根据以上步骤确定的尺寸，确定轧制差厚板单向拉伸试样的整体外形尺寸。