基于应变速率变化的FLC测试方法

摘要

本发明涉及基于应变速率变化的FLC测试方法，包括以下步骤：获取试样的表面应变分布云图；导出各位置点的εi(t)；计算一个位置点εi(t)上各时间点的应变速率，形成分别计算出上各时间点的应变速率的一阶导数值，将所述一阶导数值中首次出现负值或者极大值时的相应时间点记为t1；重复上述步骤得到t2-tn,；比较t1-tn,将其中数值重复最多的作为试样开始发生缩颈的时刻t0，在时刻t-1的表面应变分布云图上，找出试样缩颈区域的εmajor及相应的εminor作为材料的极限应变点；重复上述步骤共得到5-8个极限应变点；在主/次应变平面上标出、连接以上极限应变点得到FLC。本发明有效避免了横截面应变分布形态的影响，从而获得准确可靠的FLC。

说明书

技术领域

本发明涉及FLC测试方法，具体而言是基于应变速率变化的FLC 测试方法。

背景技术

材料的成形极限指材料开始发生缩颈时能够达到的极限变形程 度，不同线性应变路径下获得的极限应变数据点(ε_major,ε_minor)在主次应 变平面上构成了材料的成形极限曲线(FLC)，它是金属薄板成形性能 的一项核心指标。国家标准GB/T24171.2-2009公开了一种通过横截 面应变分布形态拟合计算来测量极限应变的方法(位置相关性分析方 法)，此方法通过选取裂纹两边的主、次应变数据(过滤了缩颈区部 分应变数据)，采用反抛物线拟合计算极限应变，其分析计算得到的 极限应变依赖于横截面应变分布形态，当横截面应变分布形态不好 时，其分析计算得到的极限应变就会远远偏离材料的真实极限应变， 如图1所示；当出现双峰、多峰现象时，则不适合用该方法进行极限 应变计算，如图2所示。而横截面应变分布的形态与材料、试样几何 形状、试验条件密切相关，上述问题很难避免，这是位置相关性分析 方法固有的不足。因此，提出一种避免横截面应变分布形态影响的基 于应变速率变化的FLC测试方法十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种避免横截面应变分布形态影响的基于 应变速率变化的FLC测试方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于应变速率变化的FLC测试方法，包括以下步骤：

S1.将一种形状的板材试样放在成形试验机的压边模与凹模之 间，进行曲面胀形试验，得到试样在不同时刻的表面应变分布云图；

S2.将步骤S1所述的表面应变分布云图输入计算机；

S3.在表面应变分布云图上试样开始发生缩颈的区域沿垂直于裂 纹的方向作横截面线，所述横截面线的长度大于或等于25mm，所述 横截面线至少包括35个位置点，分别导出横截面线上各位置点的主 应变-时间曲线ε_i(t)，所述主应变-时间曲线ε_i(t)至少35条；

S4.取一个位置点的主应变-时间曲线ε_i(t)，计算出该主应变-时 间曲线ε_i(t)上各时间点的应变速率，形成应变速率-时间曲线

S5.依时间顺序，分别计算出步骤S4所述应变速率-时间曲线上各时间点的应变速率的一阶导数值，将所述一阶导数值中首次出现 负值或者极大值时的相应时间点记为t₁；

S6.对其它至少34个位置点的主应变-时间曲线ε_i(t)，分别执行 步骤S4-S5，得到至少34个相应时间点，分别记为t₂-t_n,式中n≥34；

S7.比较t₁-t_n,式中n≥34，将其中数值重复最多的时刻作为试样 开始发生缩颈的时刻t₀，并记t₀的前一时刻为t_-1时刻；

S8.在t_-1时刻的表面应变分布云图上，找出试样缩颈区域的最大 应变ε_major及相应的次应变ε_minor,作为材料的极限应变点(ε_major1， ε_minor1)；

S9.对其它4-7种不同形状的板材试样，分别执行步骤S1-S8， 得到其它4-7个极限应变点(ε_major2，ε_minor2)、(ε_major3，ε_minor3)、 (ε_major4，ε_minor4)、(ε_major5，ε_minor5)、(ε_major6，ε_minor6)、(ε_major7， ε_minor7)、(ε_major8，ε_minor8)；

S10.在主/次应变平面上标出步骤S8和步骤S9所述的极限应变 点共5-8个，连接所述5-8个极限应变点，得到试验材料的成形极限 曲线FLC。

本发明考察试样缩颈区域及附近材料的应变发展历程，通过对应 变速率的变化分析确定材料开始发生缩颈失稳的时刻，有效避免了横 截面应变分布形态的影响，从而获得准确可靠的材料成形极限曲线。

附图说明

图1为横截面应变分布形态影响位置相关性分析方法计算结果 示意图；

图2为不适用位置相关性分析方法双峰横截面应变分布形态示 意图；

图3为曲面胀形试验方法示意图；

图4为试样几何形状示意图；

图5为试样表面喷涂后的散斑图样；

图6为试样表面某时刻的应变分布云图；

图7为横截面线上不同位置点的主应变-时间曲线ε_i(t)；

图8为应变速率-时间曲线

图9为主应变速率-时间曲线上各时间点的应变速率的一阶导数 值；

图10为基于应变速率的FLC曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但该 实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例一

1.FLC在线测试

1.1试验方法

参见图3，采用Nakajima曲面胀形试验方法进行材料的成形极 限测试，冲头直径100mm，冲头速度40-60mm/min，压边圈压紧试样， 使得试样边部材料在试验过程中不会流入凹模内，试样主要在和冲头 的接触部位发生变形流动，通过改变试样的几何形状可以在试样与冲 头顶部接触的部分获得不同的应变路径。

1.2试样的制备

试验采用的材料为1.4mm的双相钢DP600，试样的形状如图4所 示，可以采用冲裁、线切割等方式加工试样，试样表面要平整光滑无 污渍。

1.3试样表面的处理

试样表面清洗干净后，选择一面喷涂上随机黑白散斑图样，如图 5所示，图样的质量要满足表面应变分析的要求(分辨率的精度的要 求)。

1.4试验数据的采集和应变计算

按照标准GB/T 24171.2/ISO 12004-2中Nakajima试验方法进 行FLC试验，试验过程中采用在线应变测量系统进行试样表面的图像 采集。注意：试验过程中图像的采集频率在10-12帧时，冲头的速度 不能超过60mm/min。试样发生劈裂时停止图像的采集，针对拍摄的 图像采用专业软件计算分析获得试样表面不同时刻的应变分布信息 (以应变分布云图显示，如图6所示)。进行应变分析计算时，网格 的原始尺寸不宜超过0.35mm(足够小的网格尺寸才能保证试样缩颈 区应变的准确性)，并至少包括试样破裂前4s(约40-50张)持续时 间段的应变分析结果。

2.在应变分布云图上经过裂纹的起始点垂直于裂纹作截面线

在应变分布云图上经过裂纹的起始点垂直于裂纹作截面线，截面 线的长度不小于25mm，至少包括35个点。图6所示为试样表面主应 变分布云图，图中作有三条截面线，取中间一条为数据分析对象。

3.获得截面线上各位置点的时间-主应变信息

按照表1的内容记录截面线上各位置点不同时刻的主应变信息。 其中设定试样破裂前一张的图像所在时刻为t₀，则t₀－t_n≥4s，紧邻 破裂前的10个采样时刻的时间相差不超过0.1s，持续时间不小于1s， 总的采样时刻不小于15个。

表1各点的时间-主应变历程信息

依据截面线上各位置点的时间-主应变信息作出时间—主应变曲 线，如图7所示。

4.计算截面线上各位置点的时间-主应变速率曲线

截面线上各位置点的时间—主应变曲线上不同时刻点的主应变 对时间求导，得到相应位置点的时间—主应变速率曲线，如图8所示。

5.计算出上述主应变速率-时间曲线上各时间点的应变速率的一 阶导数值如图9所示，获得一阶导数首次出现负值的各位置点的时 刻，取其中重复最多的最小时刻为t₁(缩颈区域附近的点)，计算并 获得主应变速率的一阶导数首次出现极大值的时刻，取其最小的时刻 为t₂(缩颈区域内部点)。表2中点1为缩颈区点，点3为缩颈区的 边界点、点5为缩颈区附近点。

表2缩颈时刻的确定

6.取t₁和t₂的较小值作为材料开始发生缩颈的时刻如表2所示， 此时刻对应的缩颈区最大主应变ε_major和相应次应变ε_minor就是材料 的极限应变，按上述方法获得所有不同几何形状试样的极限应变 (ε_major，ε_minor)，将所有的极限应变在成形极限图上连接起来即是基 于应变速率分析的FLC曲线，如图10所示。

7.基于应变速率分析方法的得到的FLC同传统的位置相关性分 析方法获得的FLC的区别

由图10可以看出，针对所使用的材料DP600，基于应变速率分 析方法得到的FLC同传统的位置相关性分析方法得到的FLC在分布趋 势上是一致的，但也存在一定的差异，主要的区别在于：(1)在深拉 延区域(曲线的左边外部曲线)和等双拉区域(曲线的右边外部曲线)， 传统方法(位置相关性分析方法)得到的极限应变水平要高于基于应 变速率分析方法得到的极限应变。(2)在平面应变位置附近(曲线中 间部分)，传统方法(位置相关性分析方法)得到的极限应变水平要 低于基于应变速率分析方法得到的极限应变。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现 有技术。