材料性能：板料屈服应力测定的一种改进方法(胡耀阳)

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1、材料性能：板料屈服应力测定的一种改进方法测量系统：ARAMIS关键词：真实应力、真实应变摘要：比如在一辆新车的设计过程中，我们必须在实验室中准确地测定与把握板料的特征参数。屈服应力是描述成形过程中材料行为和预防其破裂的一个重要指标。1正文：一辆新车的设计和其各钣金件的制造，都要在投产前用仿真软件进行精确地计算与优化，尽可能以一种简单可靠的方式压缩成本，然后才生产成型工具制造第一台原型车。为了精确地模拟成型过程，需要准确了解材料的特征和相关参数。如果这些参数有误，将会在模拟过程中设计出糟糕的成型工具，导致钣金件在成形过程中无

2、法得到预期形状。此外，材料的成形极限可能会超过关键点，引起钣金件的局部颈缩或破裂，从而需要重新制造昂贵的深冲压模具。因此，需要在实验室里对板材的材料特性进行反复精确地把握与测定。屈服应力是描述成形过程中材料行为和预防其破裂的一个重要指标，在屈服应力这一点材料将从弹性状态转到塑性状态及永久失效。2一、在拉伸试验过程中确定屈服应力标准DINEN10002-1中指定的拉伸试验对试验件的几何形状和试验参数有严格的要求。在试验过程中，连续不断的测量拉力、应变和横截面。应变是通过应变测量仪的实时测量长度换算得到的。应力σ=F/AA为横

3、截面面积，在实验过程中不断变化，是通过试件的纵向拉伸计算得到的。（总体积恒定：A0I0=AnIn）均匀应变过后，试件开始出现局部颈缩。此刻，再使用常规的应变测量仪用试件长度变化量除以总测量长度，得到的试件横截面积将是不对的。因此，该标准拉伸试验不能捕捉到局部应变值的剧增以及其在空间和时间上的变化。然而，使用ARAMIS系统能确定两方面，一是指定表面的局部失效，二是根据体积恒定计算的厚度减少量。这又给了我们另一个信息，就是试件表面失效在时间和空间上均匀分布和不均匀分布的情况。可以在颈缩区域发现更多细节，以及确定颈缩区域横截面

4、的局部变化情况和其组织结构情况。此外，在拉伸试验过程中，局部产生的Lüdersband及其变化可以测量得到并用图表加以表示。3图1表示该例的主应变——对同一试件，用ARAMIS系统记录的“局部”应变和用应变测量仪测得的“整体”应变值。在整个测量过程中，可以得到试验表面任何一点的局部应变值。图2表示在拉伸试验中用应变测量仪测得的整体应变参数与时间的函数。在颈缩区域，将该应变参数与用ARAMIS系统局部测得的应变参数予以比较。4对于小失效变形，各方法的测量值吻合。刚破坏时，颈缩区域的局部应变（ARAMIS系统测得值，黑线）即与

5、应变测量仪测得的整体值偏离。由于应变测量仪是直接用试件伸长量除以测得的总长度进行的数据集成（红线），故它不能提供局部峰值。颈缩刚一开始，试件的失效就越来越多的集中在颈缩区域（黑线）。远离颈缩的区域失效越来越少，一发生破坏，它们即不再失效（绿线）。为了得到局部测量值（在一小段内的高密度测量数据），推荐使用“光学测量系统ARAMIS”。如图3，ARAMIS系统被放在拉伸试验机前方。5从失效过程到破坏瞬间，试件的完整失效行为和相应载荷值都能被这对具有记录与评价功能的数码立体照片捕捉到，并进行分析处理。（两个照相机同步记录）。图4

6、和图5是生动的记录了试件当前形状的两张立体图像。图6是用ARAMIS系统分析的图像，表示整个拉伸试验过程中试件所有测量点的局部失效。6图7表示了试验的受力过程，是由ARAMIS系统测量并保存的数据（与图2中用应变测量仪测得数据进行比较）。图8是用试验中记录的时域上的失效行为与载荷值计算得到的真实应力—真实应变关系。7二、用液压胀形试验确定双向屈服应力为了用液压胀形试验确定双向屈服应力，将板料夹在支承座和压座之间，并加载油压。通过不断地提高油压，试件的双向受力越来越大，直到失效、破坏。确定屈服应力的公式基于薄膜理论，因此该方

7、法的测试对象更侧重于小厚度板料。由于应力的双向状态，由局部颈缩和其后的破裂引起的材料破坏要比拉伸试验（单向应力状态）慢很多。胀形试验允许测量的屈服应力要比传统的拉伸试验达到更高的成形程度。8因此，对于改善屈服应力的测定，结合了传统板料试验机的ARAMIS系统是一种非常优越的方法，也有助于仿真计算与其它应用。9失效的确定为了记录钣金件的瞬时失效状态，在成形过程开始之前，可以给试件加上一种可能的图案，比如彩喷。由于用两个照相机同步记录，于是就有了立体图像系统。通过比较失效后的图案和原始图案，可以确定各自当前的失效状态。从失效开

8、始一直到试件破坏，记录完整的图像序列，并分析评价之。ARAMIS系统就可以这样记录分析评价复杂的失效过程，直到试件破坏。在胀形试验中，通过试件的当前形状、圆顶顶部的相等总应变以及当前油压确定材料的有效载荷（屈服应力）。10图13是每张被记录图像中板料的当前形状和加载下板料局部失效的照片。图14是从最大、