一种用于材料力学的数据处理方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于材料力学的数据处理方法及装置。其中方法应用在计算机中，包括：获取待处理材料的原始试验数据；对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数。通过本发明，可以快速、高效、准确的对试验数据进行处理计算，提取材料力学性能参数，直接确立材料模型，从而简化了数据处理流程，减轻了数据处理的工作量，提高了数据处理的可靠性。
【专利说明】
一种用于材料力学的数据处理方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及材料力学领域，尤其涉及一种能自动处理材料力学相关参数的数据处理方法及装置。
【背景技术】
[0002]近年来，发明轻量化材料日益发展。为使发明材料得到更全面的应用，亟需建立其相关的材料力学模型。建立完整、准确的材料模型所需的参数必须通过试验数据确定，尤其是静态材料试验数据。然而，从原始试验数据到最终材料力学模型建立的整个过程涉及大量的数据处理，且这个数据处理过程相对繁琐，又需要耗费大量时间，严重降低了产品开发效率。目前，对于静态材料试验数据的处理还停留在人工计算，手工参数提取，这不但耗时耗力，而且效率低下。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供了一种用于材料力学的数据处理方法及装置，快速、高效、准确的对原始试验数据处理计算以提取材料力学性能参数，快速确立材料模型，减轻人工数据处理的工作量，提高数据处理的可靠性。
[0004]本发明一方面提供了一种用于材料力学的数据处理方法，应用在计算机中，包括:
[0005]获取待处理材料的原始试验数据；
[0006]对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数。
[0007]优选的，所述数据处理方法还包括:
[0008]将所述材料力学性能参数输入有限元模型中，建立材料力学模型。
[0009]优选的，所述数据处理方法还包括:
[0010]根据所述原始试验数据生成对应曲线并显示；
[0011]和/或；
[0012]根据所述材料力学性能参数生成对应曲线并显示。
[0013]优选的，
[0014]所述获取待处理材料的原始试验数据包括:
[0015]读取万能试验机记录的待处理材料的载荷-时间数据、非接触计算的待处理材料的工程应变-时间数据、非接触计算的待处理材料的纵向应变-横向应变数据并接收用户输入的待处理材料的厚度、宽度以及标距段的长度；
[0016]所述对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数包括:
[0017]根据所述原始试验数据计算得到取所述待处理材料的工程应力-工程应变数据、泊松比、杨氏模量、抗拉强度、规定总延伸强度、屈服强度、最大力总延伸率、最大力塑性延伸率、断裂总延伸率、断后伸长率、特征应变率、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变数据、对应的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据；
[0018]对提取的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据进行拟合外推至塑性应变为I，得到拟合外推数据。
[0019]优选的，
[0020]根据所述原始试验数据生成对应曲线并显示包括:
[0021]根据待处理材料的原始试验数据生成载荷-时间曲线、工程应变-时间曲线、纵向应变-横向应变曲线进行显示；
?0022] 根据所述材料力学性能参数生成对应曲线并显示包括:
[0023]根据所述材料力学性能参数生成工程应力-工程应变曲线、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变曲线以及对应屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力曲线。
[0024]优选的，所述数据处理方法还包括:
[0025]将所述原始试验数据和所述待处理材料的标准数据作对比，若不符合所述标准数据，则重新获取所述原始试验数据。
[0026]优选的，所述数据处理方法还包括:
[0027]接收用户输入的对屈服强度的微调指令并根据所述微调指令在所述工程应力-工程应变曲线上进行微调；
[0028]将微调后的屈服点对应的屈服强度作为修正后的屈服强度。
[0029]优选的，所述数据处理方法还包括:
[0030]根据用户的第一输出指令，将对应次试验的所述原始试验数据输出至对应的表格中；
[0031]根据用户的第二输出指令，将对应次试验的所述材料力学性能参数输出至对应的表格中。
[0032]本发明另一方面还提供了一种用于材料力学的数据处理装置，包括:
[0033]原始试验数据获取单元，用于获取待处理材料的原始试验数据；
[0034]参数提取单元，用于对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数。
[0035]优选的，所述数据处理装置还包括:
[0036]曲线生成显示单元，用于根据所述原始试验数据和/或所述材料力学性能参数生成对应曲线并显示；
[0037]和/或；
[0038]校正单元，用于将所述原始试验数据和所述待处理材料的标准数据作对比，若不符合所述标准数据，则使原始试验数据获取单元重新获取所述原始试验数据；
[0039]和/或；
[0040]微调单元，用于接收用户输入的对屈服强度的微调指令并根据所述微调指令在所述工程应力-工程应变曲线上进行微调以将微调后的屈服点对应的屈服强度作为修正后的屈服强度。
[0041]通过本发明，可以快速、高效、准确的对试验数据进行处理计算，提取材料力学性能参数，直接确立材料模型，从而简化了数据处理流程，减轻了数据处理的工作量，提高了数据处理的可靠性。
【附图说明】
[0042]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1是本发明装置结构图；
[0044]图2-6是本发明装置系统界面图；
[0045]图7-9是本发明实施例中生成的曲线图；
[0046]图10-16是本发明曲线生成单元各按钮的功能示意图；
[0047]图17-19是本发明原始实验数据获取数据输出示意图；
[0048]图20是本发明拟合外推数据输出示意图；
[0049]图21是本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0050]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]本发明旨在提供一种能自动处理材料力学原始试验数据的装置，如图1所示，该装置包括:
[0052]原始试验数据获取单元11，用于获取待处理材料的原始试验数据；
[0053]参数提取单元12，用于对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数。
[0054]上述原始试验数据可以包括待处理材料的载荷-时间数据、非接触计算的待处理材料的工程应变-时间数据、非接触计算的待处理材料的纵向应变-横向应变数据并接收用户输入的待处理材料的厚度、宽度以及标距段的长度。
[0055]据此提取出的待处理材料的材料力学性能参数可以包括待处理材料的工程应力-工程应变数据、泊松比、杨氏模量、抗拉强度、规定总延伸强度、屈服强度、最大力总延伸率、最大力塑性延伸率、断裂总延伸率、断后伸长率、特征应变率、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变、对应的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据以及对提取的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据进行拟合外推至塑性应变为I得到的拟合外推数据。该拟合外推可基于Swift-Hockett-Sherby 模型。
[0056]为更加直观，本发明装置还包括曲线生成显示单元13，用于根据所述原始试验数据和/或所述材料力学性能参数生成对应曲线并显示。
[0057]具体的，曲线生成显示单元13可根据待处理材料的原始试验数据生成载荷-时间曲线、工程应变-时间曲线、纵向应变-横向应变曲线进行显示并根据所述材料力学性能参数生成工程应力-工程应变曲线、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变曲线以及对应屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力曲线。
[0058]将原始试验数据以曲线显示出来还可以用于后续对原始试验数据的校正。比如，金属的载荷-时间曲线必定存在弹性变形段、均匀塑性变形段和局部塑性变形段;其工程应变-时间曲线也必定是递增的趋势，纵向应变-横向应变的斜率必定是负的。若相应曲线不满足以上特性，必定是未能正确读取原始试验数据，需重新导入新的原始试验数据。
[0059]据此，本发明装置还包括校正单元14，用于将上述原始试验数据和所述待处理材料的标准数据作对比，若不符合所述标准数据，则使原始试验数据获取单元重新获取所述原始试验数据。该标准数据比如上述的金属的载荷-时间曲线的弹性变形段等。
[0060]需要说明的是，该校正可以是通过用户自己观察曲线进行，也可以是计算机根据曲线自动进行，还可以是计算机根据原始试验数据本身进行，即不依赖于曲线进行。
[0061]对于得到的性能参数中的屈服强度，有时需要进行修正，尤其是对存在明显屈服的材料。举例来说，当测试材料是明显屈服的金属材料，则通常不测定非比例延伸强度(Rp0.2)，屈服强度就是屈服点的应力(试样在试验过程中力不增加仍能继续伸长时的应力)。屈服点通常是比较明显的突变点，很容易在工程应力-工程应变曲线上识别，且一般在Rp0.2附近，故可在工程应力-工程应变曲线上进行微调来获取屈服点，并读取相应应力值(屈服强度Rp)。
[0062]据此，本发明装置还包括微调单元15，用于接收用户输入的对屈服强度的微调指令并根据所述微调指令在所述工程应力-工程应变曲线上进行微调以将微调后的屈服点对应的屈服强度作为修正后的屈服强度。
[0063]本发明装置进一步还可包括数据输出单元16，用于根据用户的输出指令输出对应试验的原始试验数据或性能参数至对应的表格。
[0064]以下为基于matlab的数据处理装置的描述，图2为该装置的数据处理界面图，该装置界面包括原始试验数据读取单元(original data)、参数提取单元(数据计算单元，calculate)、数据输出单元(output)和曲线生成显示单元。图3-6分别示出了原始试验数据读取单元(original data)、参数提取单元(数据计算单元，calculate)、数据输出单元(output)和曲线生成显示单元。
[0065]图3的原始试验数据读取单，[ReadMDB]按钮用于读取万能试验机记录的载荷-时间的数据；[Read CSV(Strain)]按钮用于读取非接触计算的工程应变-时间的数据；[ReadCSV(Poisson)]按钮用于读取非接触计算的纵向应变-横向应变的数据。Thickness框用于输入试样的厚度;Width框用于输入试样的宽度;Gauge Length框用于输入试样标距段的长度。[Force vs Time]按钮用于将载荷-时间曲线显示于曲线生成显示单元中；[Strain vsTime]按钮用于显示工程应变-时间曲线；[eyy vs exx]按钮用于显示纵向应变-横向应变，如下图7-图9所示。原始试验数据曲线显示主要是用于对原始试验数据的校正，校正是否准确读取了原始试验数据。
[0066]图4的曲线生成显示单元，[Stress-Strain]按钮用于显示材料工程应力-工程应变曲线；[Poisson]按钮用于计算并在Poisson框显示泊松比；[Modulus]按钮用于计算并在Modulus框显示杨氏模量；[Parameters]按钮用于分别计算并在Rm、Rt、Rp0.2、Agt、Ag、At、A、Strain Rate框中显示抗拉强度、规定总延伸强度、屈服强度、最大力总延伸率、最大力塑性延伸率、断裂总延伸率、断后伸长率、特征应变率；[Rp-Rm]按钮用于提取和显示屈服-抗拉段的工程应力-工程应变曲线，并计算对应屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据；[Fit]按钮用于对提取的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据进行拟合外推至塑性应变为I，拟合外推基于Swift-Hockett-Sherby模型；[Rp—]、[Rp-]、[Rp+]、[Rp++]按钮用于对屈服强度的修正，主要针对存在明显屈服的材料，并在Rp框显示屈服强度。上述按钮功能，如图10-图16所示。
[0067]图5的数据输出单元，[勵.1]、[勵.2]、[勵.3]按钮用于输出试验数据，系统默认将处理后数据输出至命名为‘ZJT’的excel中，N0.1代表第I次试验，N0.2代表第2次，N0.3代表第3次，输出数据如图17-图19所示。[Fitl]、[Fit 2],[Fit 3]按钮用于输出拟合外推数据，供建立材料力学模型。系统默认将外推数据输出至命名为‘ ZJT，的excel中sheet4，Fit I代表第I次试验，Fit 2代表第2次，Fit 3代表第3次，输出数据如图20所示。
[0068]本系统最终输出的拟合外推数据即最终材料模型建立所需的材料数据，可直接输入有限元模型中，建立材料力学模型。
[0069]与上述装置相对应，本发明还提供了一种用于材料力学模型的数据处理方法，应用于计算机中，如图21所示，包括:
[0070]S11、获取待处理材料的原始试验数据。
[0071]具体的为读取万能试验机记录的待处理材料的载荷-时间数据、非接触计算的待处理材料的工程应变-时间数据、非接触计算的待处理材料的纵向应变-横向应变数据并接收用户输入的待处理材料的厚度、宽度以及标距段的长度；
[0072]在具体实施例中，还可将所述原始试验数据和所述待处理材料的标准数据作对比，若不符合所述标准数据，则重新获取所述原始试验数据。
[0073]S12、对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数。
[0074]根据所述原始试验数据计算得到取所述待处理材料的工程应力-工程应变数据、泊松比、杨氏模量、抗拉强度、规定总延伸强度、屈服强度、最大力总延伸率、最大力塑性延伸率、断裂总延伸率、断后伸长率、特征应变率、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变数据、对应的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据。对提取的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据进行拟合外推至塑性应变为I，得到拟合外推数据。
[0075]在具体实施例中，还可接收用户输入的对屈服强度的微调指令并根据所述微调指令在所述工程应力-工程应变曲线上进行微调并将微调后的屈服点对应的屈服强度作为修正后的屈服强度。
[0076]S13、将所述材料力学性能参数输入有限元模型中，建立材料力学模型。
[0077]优选的，所述数据处理方法还包括:
[0078]根据所述原始试验数据生成对应曲线并显示，如根据待处理材料的原始试验数据生成载荷-时间曲线、工程应变-时间曲线、纵向应变-横向应变曲线进行显示；
[0079]和/或；
[0080]根据所述材料力学性能参数生成对应曲线并显示，如根据所述材料力学性能参数生成工程应力-工程应变曲线、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变曲线以及对应屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力曲线。
[0081]上述数据可输出，具体的，可根据用户的第一输出指令，将对应次试验的所述原始试验数据输出至对应的表格中；根据用户的第二输出指令，将对应次试验的所述材料力学性能参数输出至对应的表格中。
[0082]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于材料力学的数据处理方法，应用在计算机中，其特征在于，所述数据处理方法包括: 获取待处理材料的原始试验数据； 对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数。2.如权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法还包括: 将所述材料力学性能参数输入有限元模型中，建立材料力学模型。3.如权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法还包括: 根据所述原始试验数据生成对应曲线并显示； 和/或； 根据所述材料力学性能参数生成对应曲线并显示。4.如权利要求3所述的数据处理方法，其特征在于， 所述获取待处理材料的原始试验数据包括: 读取万能试验机记录的待处理材料的载荷-时间数据、非接触计算的待处理材料的工程应变-时间数据、非接触计算的待处理材料的纵向应变-横向应变数据并接收用户输入的待处理材料的厚度、宽度以及标距段的长度； 所述对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数包括: 根据所述原始试验数据计算得到取所述待处理材料的工程应力-工程应变数据、泊松比、杨氏模量、抗拉强度、规定总延伸强度、屈服强度、最大力总延伸率、最大力塑性延伸率、断裂总延伸率、断后伸长率、特征应变率、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变数据、对应的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据； 对提取的屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力数据进行拟合外推至塑性应变为I，得到拟合外推数据。5.如权利要求4所述的数据处理方法，其特征在于， 根据所述原始试验数据生成对应曲线并显示包括: 根据待处理材料的原始试验数据生成载荷-时间曲线、工程应变-时间曲线、纵向应变-横向应变曲线进行显示； 根据所述材料力学性能参数生成对应曲线并显示包括: 根据所述材料力学性能参数生成工程应力-工程应变曲线、屈服-抗拉段的工程应力-工程应变曲线以及对应屈服-抗拉段的塑性应变-真实应力曲线。6.如权利要求4所述的数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法还包括: 将所述原始试验数据和所述待处理材料的标准数据作对比，若不符合所述标准数据，则重新获取所述原始试验数据。7.如权利要求5或6所述的数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法还包括: 接收用户输入的对屈服强度的微调指令并根据所述微调指令在所述工程应力-工程应变曲线上进行微调； 将微调后的屈服点对应的屈服强度作为修正后的屈服强度。8.如权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法还包括: 根据用户的第一输出指令，将对应次试验的所述原始试验数据输出至对应的表格中；根据用户的第二输出指令，将对应次试验的所述材料力学性能参数输出至对应的表格中。9.一种用于材料力学的数据处理装置，其特征在于，所述装置包括: 原始试验数据获取单元，用于获取待处理材料的原始试验数据； 参数提取单元，用于对所述原始试验数据进行分析处理，提取所述待处理材料的材料力学性能参数。10.如权利要求9所述的数据处理装置，其特征在于，所述数据处理装置还包括: 曲线生成显示单元，用于根据所述原始试验数据和/或所述材料力学性能参数生成对应曲线并显;^ ； 和/或； 校正单元，用于将所述原始试验数据和所述待处理材料的标准数据作对比，若不符合所述标准数据，则使原始试验数据获取单元重新获取所述原始试验数据； 和/或； 微调单元，用于接收用户输入的对屈服强度的微调指令并根据所述微调指令在所述工程应力-工程应变曲线上进行微调以将微调后的屈服点对应的屈服强度作为修正后的屈服强度。
【文档编号】G06F17/50GK106055763SQ201610356147
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】赖兴华, 尹斌, 黄毅
【申请人】清华大学苏州汽车研究院（相城）