电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法

本发明涉及的是一种电辅助加工领域的技术，具体是一种电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法。

背景技术：

1、电辅助加工需要选取适当的电、热参数以降低变形抗力，这些参数的选择通常依靠经验和大量多次试验。电辅助拉伸的应力预测可以根据参考的实验状态，通过少量的实验建立预测模型，准确预测不同的电、热参数引起的电辅助拉伸的应力变化。这将显著降低电辅助加工的前期预研成本，缩短电辅助工艺研发周期。准确的应力预测有助于降低模具制造成本，改善成形后工件质量。现有拟合技术没有考虑脉冲电流对材料本构方程的显著影响，对热场和电场带来的应力降低未能计入应力变化。而且该现有技术没有从物理规律上阐述了温度和晶体结构变化的关系，不能直接预测外界条件(温度场等)的变化产生的析出相强化作用。对晶体结构导致的应力变化的预测缺乏足够的理论支撑。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，通过解耦热致塑性和非热电致塑性，在宏观应力预测中考虑了微观的组织变化，能够精准地预测未发生相变的材料在电辅助拉伸下的力学行为；具有从传统的单一唯象型本构方程预测所不具备的精确度。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，通过分别在不同温度条件下，对待测拉伸样品施加直流脉冲的同时进行单轴拉伸实验，得到温度与应力关系以及脉冲电流导致的超快沉淀的材料的s型曲线，经拟合计算得到基于焦耳热效应、沉淀强化效应和纯电塑性效应的电辅助拉伸应力预测值。

4、所述的不同温度条件是指：室温或通过液氮喷至拉伸样品表面降温。

5、所述的直流脉冲，具有固定脉冲电源的占空比和电流频率参数以及不同的平均电流。

6、所述的温度与应力关系，通过以下方式得到：

7、步骤1:通过万能材料试验机，进行单轴拉伸实验，获得室温下单轴拉伸的应力-应变曲线。

8、步骤2:在拉伸样品两端施加直流脉冲并进行温度确定且不同平均电流下的单轴拉伸试验。

9、步骤3:在不同的应变值下比较步骤2实验中样品的应力在应变相同时的差值，确定纯电塑性效应δσpep与有效电流密度j之间的比例系数b1以及电参数不变情况下，不同温度所对应的应力变化。

10、所述的脉冲电流导致的超快沉淀的材料的s型曲线，通过对相同的材料在不同的温度下进行多次测试得到，用于唯象地描述s型曲线的生长速率k，即超快沉淀随温度变化的速率、相变带来的最大应力变化l、相转变中点温度t0以及脉冲电流超快沉淀产生的应力变化δσ；对于一系列确定的应变量，通过数据处理软件进行拟合，得到最接近的s型曲线各参数值。

11、所述的拟合计算是指：对半唯象-半理论的zerilli-armstrong(z-a)模型使用试验得到的应力值进行拟合，以得到不同应变下的参数值；通过参数值预测待施加的电场和温度场环境下的应力变化情况，具体为：基于焦耳热效应、沉淀强化效应和纯电塑性效应的电辅助拉伸应力预测值σpre＝σ0-(σt+δσ+δσpep)，其中：σ0为给定应变下的室温拉伸应力值，焦耳热致应力变化σt＝a0+a1t，纯电塑性效应δσpep＝b1j，脉冲电流超快沉淀导致应力变化a0、a1为与温度无关的参数，t为样品温度，t0为相转变中点温度。

12、技术效果

13、本发明通过改进的z-a模型减少了热致应力变化σt的参数个数的同时，线性模型利于拟合；用s型曲线描述脉冲电流超快沉淀带来的沉淀硬化效应对应力的影响；采用综合焦耳热效应、电致超快沉淀硬化效应和纯电塑性效应同时考虑进入应力的半物理-半唯象预测模型；与现有技术相比，本发明通过拟合参数的方式增加预测的精度的同时，预测精度随着应变增加而提高，在以ti2alnb合金进行预测的例子中，5％的工程应变上，对应力降低大小的预测准确度超过96％。通过统一的预测模型定量地准确预测合金在不同温度沉淀相占比的不同对应力的影响，使得精确地预测应力-应变曲线所需的实验次数和工时数也将显著降低。

技术特征：

1.一种电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，其特征在于，通过分别在不同温度条件下，对待测拉伸样品施加直流脉冲的同时进行单轴拉伸实验，得到温度与应力关系以及脉冲电流导致的超快沉淀的材料的s型曲线，经拟合计算得到基于焦耳热效应、沉淀强化效应和纯电塑性效应的电辅助拉伸应力预测值。

2.根据权利要求1所述的电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，其特征是，所述的不同温度条件是指：室温或通过液氮喷至拉伸样品表面降温。

3.根据权利要求1所述的电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，其特征是，所述的直流脉冲，具有固定脉冲电源的占空比和电流频率参数以及不同的平均电流。

4.根据权利要求1所述的电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，其特征是，所述的温度与应力关系，通过以下方式得到：

5.根据权利要求1所述的电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，其特征是，所述的脉冲电流导致的超快沉淀的材料的s型曲线，通过对相同的材料在不同的温度下进行多次测试得到，用于唯象地描述s型曲线的生长速率k，即超快沉淀随温度变化的速率、相变带来的最大应力变化l、相转变中点温度t0以及脉冲电流超快沉淀产生的应力变化δσ；对于一系列确定的应变量，通过数据处理软件进行拟合，得到最接近的s型曲线各参数值。

6.根据权利要求1所述的电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，其特征是，所述的拟合计算是指：对半唯象-半理论的zerilli-armstrong(z-a)模型使用试验得到的应力值进行拟合，以得到不同应变下的参数值；通过参数值预测待施加的电场和温度场环境下的应力变化情况，具体为：基于焦耳热效应、沉淀强化效应和纯电塑性效应的电辅助拉伸应力预测值σpre＝σ0-(σt+δσ+δσpep)，其中：σ0为给定应变下的室温拉伸应力值，焦耳热致应力变化σt＝a0+a1t，纯电塑性效应δσpep＝b1j，脉冲电流超快沉淀导致应力变化a0、a1为与温度无关的参数，t为样品温度，t0为相转变中点温度。

7.根据权利要求1-6中任一所述的电辅助单轴拉伸应力-应变曲线预测方法，其特征是，具体包括：

技术总结
一种电辅助单轴拉伸应力‑应变曲线预测方法，通过分别在不同温度条件下，对待测拉伸样品施加直流脉冲的同时进行单轴拉伸实验，得到温度与应力关系以及脉冲电流导致的超快沉淀的材料的S型曲线，经拟合计算得到基于焦耳热效应、沉淀强化效应和纯电塑性效应的电辅助拉伸应力预测值。本发明通过解耦热致塑性和非热电致塑性，在宏观应力预测中考虑了微观的组织变化，能够精准地预测未发生相变的材料在电辅助拉伸下的力学行为；具有从传统的单一唯象型本构方程预测所不具备的精确度。

技术研发人员：李细锋,曹旭东,陈军,安大勇,吴会平,胡启
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29