[发明专利]一种测定材料标距效应曲线的试验与计算方法

摘要

本发明公开了一种测定材料标距效应曲线的试验与计算方法，具体涉及试件测量节点布置及输出、真实应力应变的计算、不同标距下的真实应力应变曲线的处理及绘制标距效应曲线。本发明通过对单轴拉伸DIC试验制定详细的技术流程，提出了明确的技术要求——在试件宽度方向布置的网格数量为两倍宽度，保证了在物理意义上取到从1.0mm到10mm的整数标距，实现了本发明的技术目标——获取材料的标距效应曲线，以用于材料等效应变失效模型中材料失效参数的设定，显著降低了汽车碰撞仿真材料失效问题的复杂性及材料试验成本，因此，本发明具有重要的理论与工程实践意义。

主权项

1.一种测定材料标距效应曲线的试验与计算方法，其步骤包括：步骤一、单轴拉伸材料DIC试验，包括以下步骤：第一步，按照单轴拉伸试验规范，制作单轴拉伸试验用的标准拉伸试件，并记录试件的厚度h₀、宽度w₀和初始截面积A₀，然后，对试件一侧的表面喷漆；第二步，将喷了漆的拉伸试件安装在单轴拉伸试验机上，在单轴拉伸试验机的控制系统中设置拉伸速度v₀，将DIC系统的摄像头对准试件喷了漆的一侧，在DIC系统上设置摄像机的拍摄频率f₀；第三步，在调试完拉伸机控制系统和DIC系统之后，同时启动单轴拉伸试验机和DIC系统进行单轴拉伸DIC试验，直到试件被拉断，在试件拉伸过程中，拉伸试验机按照拍摄频率f₀记录拉伸载荷F，摄像机按照拍摄频率f₀记录试件的连续变形照片；步骤二、单轴拉伸试件网格生成与计算，包括以下步骤：第一步，在DIC系统中，在处于初始状态的拉伸试件表面上，选取一个面积为L×W的计算区域，其中，L为长度，W为宽度；第二步，在DIC系统中，设置网格生成控制参数，使得在计算区域宽度方向上生成的网格数量为2W；第三步，在DIC系统中，根据生成的网格，DIC系统对试件的连续变形照片上对应的计算区域逐一进行计算，得到网格上节点的位移数据结果，对没有结果的节点，在DIC系统中进行插值计算，保存计算结果；步骤三、单轴拉伸网格测量与节点命名，包括以下步骤：第一步，在DIC系统中，针对试件断裂前附近时刻的试件变形结果，在试件局部颈缩变形区域，确定处于或最接近最小截面处的一排节点，选取此排节点中位于试件中轴线上或最靠近中轴线的节点作为初始断裂点O，将其在DIC系统中进行命名；第二步，在DIC系统中，针对试件上生成网格的初始状态，测量任意两个相邻节点之间的距离或网格尺寸l₀并记录；第三步，在DIC系统中，确定与初始断裂点O具有相同纵坐标，且与其距离均为nl₀的两个节点，以此两节点距离2nl₀为长度；确定与初始断裂点O具有相同横坐标，且与其距离均为nl₀的两个节点，以此两节点距离2nl₀为宽度；以试件厚度h₀为高度，定义一个长·宽·高为2nl₀·2nl₀·h₀的有限体A，将有限体A的长度2nl₀定义为标距，其中，n＝1、2、3…s，并对有限体A上、与初始断裂点O具有相同纵坐标、且与其距离均为nl₀的两节点，在DIC系统中进行命名；步骤四、单轴拉伸DIC试验结果输出，包括以下步骤：第一步，从DIC系统中，输出拉伸载荷F；第二步，从DIC系统中，输出标距为2nl₀的有限体A上、与初始断裂点O具有相同纵坐标、且与其距离均为nl₀的两节点，在拉伸方向或Y方向的位移数据；步骤五、根据以上步骤中记录的参数和输出的试验结果，以标距为2nl₀的有限体A为对象，按照应力应变的标准定义，计算材料的真实应力和真实应变，并绘制材料在2nl₀标距下的真实应力应变曲线；步骤六、根据步骤五所涉及的真实应力应变曲线的计算和绘制流程，将n在[1,s]范围内取整数，分别计算和绘制不同标距下的真实应力应变曲线；步骤七、对不同标距下的真实应力应变曲线进行数据处理，包括以下步骤：第一步，读取不同标距下的真实应力应变曲线，并将所有曲线显示在同一张图表中；第二步，在DIC系统中，在试件网格处于初始状态上，选取1.0mm标距下的有限体A，初始断裂点O处于有限体A表面的正中心，在试件断裂前的时刻附近，逐一判断每个时刻下的有限体A的网格变形情况，确定其可以满足均匀变形条件的最后一个时刻，将1.0mm标距下的真实应力应变曲线上与对应此时刻之后的真实应力应变数据进行删除，得到处理后的1.0mm标距下的真实应力应变曲线，将其定义为材料的全历程真实应力应变曲线，此曲线上最后一个点的真实应变定义为1.0mm标距下的失效应变或断裂应变；第三步，以材料的全历程真实应力应变曲线为参照曲线，将其它标距下的曲线与参照曲线非重合部分的数据进行删除，得到处理后的大于1.0mm标距下的真实应力应变曲线，各曲线最后一个点的真实应变为材料在该标距下的失效应变或断裂应变；步骤八、针对处理后的1.0mm标距及大于1.0mm标距下的真实应力应变曲线，取各标距下的曲线的最后一个点表示的断裂应变作为纵坐标，将与其相对应的标距作为横坐标，得到被测试材料的标距效应曲线。