一种快速获取金属板材平面应变的试样尺寸和测试方法与流程

本发明涉及一种快速获取金属板材平面应变的试样尺寸和测试方法，属于金属板材生产应用检测。

背景技术：

1、随着汽车领域竞争日益激烈，新车型开发日新月异，对应的金属板材零件的形状也日趋复杂，这使得金属板材在冲压成形过程中出现开裂的风险日益增加，而平面应变是板材成形极限图中最低的位置点，冲压安全裕度最低，在板材冲压生产过程中90%以上的开裂均发生在平面应变路径下，因此获取板材在平面应变路径下失效的极限应变极为关键，但目前获取材料平面应变路径下的失效极限应变的只能通过成形极限曲线测试，获取次应变近似为0的应变点值，作为材料的平面应变，此方法需要具备吨位较高的成形试验机，试验人员具备开展成形极限性能测试资质，且对材料成形极限性能测试过程非常熟悉，对设备和试验人员要求非常高，所需加工样品数量较多，加工难度大，且测试精度难以保证。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种快速获取金属板材平面应变的试样尺寸和测试方法，借助拉伸试验机快速获取金属板材平面应变的试样尺寸，通过有限元仿真分析和物理试验验证优化确定获取平面应变试验的典型缺口试样尺寸，在拉伸试验机上进行拉伸，借助网格应变分析或dic非接触式应变分析等方法获取缺口试样中心位置断裂处的主应变值即可得到材料在平面应变路径下失效的极限应变值。方法简单便捷，可操作性强，试验精度高。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种快速获取金属板材平面应变的试样尺寸及测试方法，通过有限元仿真进行拉伸模拟获取缺口试样中心位置应力三轴度，通过调整试样关键尺寸参数，获取试样心部应力三轴度约0.577的试样，通过物理试验验证并优化获取缺口试样中心位置次应变为0的试样尺寸，固化试样尺寸参数即可获取平面应变试样，采用线切割或者铣削将试样加工成目标形状，借助电化学腐蚀方法印制网格或散斑喷涂方法在试样表面印制图案，采用拉伸试验机将试样拉断，获取缺口试样中部位置的主应变，即为材料在平面应变路径下失效的极限应变。

4、包括以下步骤：

5、（1）对待测试样进行标准尺寸的拉伸性能测试，获取材料各基础力学性能参数；

6、（2）采用有限元仿真分析软件，建立中部有缺口的试样拉伸模型，有限元仿真分析中输入步骤（1）中获取的材料的参数，进行有限元仿真分析，获取缺口中心区域的应力三轴度值；

7、（3）调整模型中试样中部的缺口半径、缺口圆心间距、试样平行段宽度三个参数，使缺口中心位置的应力三轴度接近0.577，记录此时缺口试样的关键尺寸信息；

8、（4）采用线切割或铣削（不产生边缘应力、边缘损伤的方式）加工出步骤（3）中获取的试样尺寸，在拉伸试验机上进行拉伸，并获取试样中部缺口中心区域主次应变，如次应变绝对值小于0.01，该试样尺寸即为平面应变试样尺寸，如次应变绝对值大于0.01，则需轻微调整试样平行段宽度或圆心间距，获取次应变绝对值小于0.01的试样；

9、（5）通过优化验证，最终确定并固化的平面应变试样的中部缺口区域缺口半径为3mm，缺口圆心间距为18mm，试样平行段的宽度为24mm；

10、（6）采用线切割或铣削将待测料片加工成步骤（5）中确定的试样尺寸；

11、（7）在试样上喷涂散斑或采用电化学腐蚀方法在试样上印制网格；

12、（8）借助拉伸试验机将试样拉断；

13、（9）通过网格应变分析系统或dic非接触式应变分析测试方法获取试样缺口中心位置的主应变，即为材料平面应变路径下失效的极限应变。

14、本发明的有益效果是：提供的平面应变试样尺寸，不受钢种、强度和厚度的限制，采用拉伸试验机即可获取材料在平面应变路径下失效的极限应变，对设备、操作人员要求较低，方法简单便捷，有效缩短实验周期，可及时有效为材料选材推荐、现场试制提供指导建议。

技术特征：

1.一种快速获取金属板材平面应变的试样尺寸及测试方法，其特征在于：通过有限元仿真进行拉伸模拟获取缺口试样中心位置应力三轴度，通过调整试样关键尺寸参数，获取试样心部应力三轴度约0.577的试样，通过物理试验验证并优化获取缺口试样中心位置次应变为0的试样尺寸，固化试样尺寸参数即可获取平面应变试样，采用线切割或者铣削将试样加工成目标形状，借助电化学腐蚀方法印制网格或散斑喷涂方法在试样表面印制图案，采用拉伸试验机将试样拉断，获取缺口试样中部位置的主应变，即为材料在平面应变路径下失效的极限应变。

2.根据权利要求1所述的一种快速获取金属板材平面应变的试样尺寸及测试方法，其特征在于具体实施步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种快速获取金属板材平面应变路径的试样尺寸及测试方法，通过有限元仿真进行拉伸模拟获取缺口试样中心位置应力三轴度，通过调整试样关键尺寸参数，获取试样心部应力三轴度约0.577的试样，通过物理试验验证并优化获取缺口试样中心位置次应变为0的试样尺寸，固化试样尺寸参数即可获取平面应变试样，采用线切割或者铣削将试样加工成目标形状，借助电化学腐蚀方法印制网格或散斑喷涂方法在试样表面印制图案，采用拉伸试验机将试样拉断，获取缺口试样中部位置的主应变，即为材料在平面应变路径下失效的极限应变。本发明方法简单便捷，可操作性强，试验精度高。

技术研发人员：张茜,夏明生,刘立学,牛星辉,吕浩,王秋雨,张赛娟,刘淑影,李立铭
受保护的技术使用者：唐山钢铁集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12