專利名稱：基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法。
背景技術(shù)：
材料力學(xué)性能的準確測試，是合理表征材料的力學(xué)特性，實現(xiàn)材料成形加工過程中的工藝參數(shù)確定及數(shù)值模擬分析的重要基礎(chǔ)。單向拉伸實驗是測試材料力學(xué)性能的主要方法之一。對于板材，當沿板平面內(nèi)不同方向的力學(xué)性能不同時，可以沿平板上的不同方向截取試樣，通過單向拉伸實驗測試板材相應(yīng)方向的應(yīng)力應(yīng)變曲線。對于管材，沿著軸向和環(huán)向同樣存在力學(xué)性能的差別。此時，管材軸向的力學(xué)性能仍可以通過單向拉伸實驗進行測試，但是對于環(huán)向或其他方向，因為管材呈曲面形狀，`如果將截取的試樣展平后再進行單向拉伸，則展平過程的加工硬化必然使試樣的性能發(fā)生變化，管材直徑越小影響越大，從而無法得到準確的管材力學(xué)性能。為了更準確地測試管材的力學(xué)性能，可以通過管材液壓脹形實驗。脹形實驗時，通過測量管材內(nèi)部的脹形壓力、管材的脹形高度以及管材的壁厚等數(shù)據(jù)，通過一定理論公式可以計算得到管材的應(yīng)力應(yīng)變曲線、硬化指數(shù)η值和屈服強度等力學(xué)性能指標。因為脹形實驗不剖切破壞管材，所以可以得到較為準確的力學(xué)性能結(jié)果。目前，存在多種形式的管材液壓脹形實驗。這些實驗方法的主要差別在于脹形過程中管材脹形區(qū)中間位置壁厚數(shù)據(jù)的確定。一類方法可稱為“中斷實驗法”，即當管材發(fā)生一定量的脹形變形后(脹形高度)中斷實驗，利用專門設(shè)計的裝置對管材的壁厚進行測量。測量后，將管材進行重新密封、脹形，然后再中斷實驗進行壁厚的測量。如此反復(fù)，直到管材發(fā)生破裂，實驗結(jié)束。利用該方法，雖可以獲得不同脹形階段管材的壁厚，但是由于管材經(jīng)歷了多次的加載、卸載、再加載的過程，管材的力學(xué)性能已經(jīng)發(fā)生變化，因此所得結(jié)果并不可靠。而且，該實驗操作繁瑣，效率很低。另一類方法可稱為“多個試樣法”，即用多個管材試樣進行脹形并在不同的壓力或脹形高度下停止實驗，分別測量各個管材試樣的壁厚和脹形高度并作為管材連續(xù)脹形過程中的壁厚。該方法雖然避免了重復(fù)加載、卸載過程，但是由于采用了多個試樣進行實驗，每個試樣的原始厚度及性能等都有一定差別，其變形行為也將有明顯不同。因此，利用該方法也并不能準確獲得所測試管材的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法存在管材壁厚測量困難和實驗不連續(xù)的問題，進而提供了一種基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法。本發(fā)明的基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法是按以下步驟實現(xiàn)的步驟一、測量待測試管材的初始壁厚h、待測試管材的外半徑Rtl和脹形區(qū)長度Ltl ；步驟二、將待測試管材放置到上模具和下模具之間，并通過左密封沖頭和右密封沖頭對待測試管材的兩端進行密封；
步驟三、向待測試管材內(nèi)充入高壓液體介質(zhì)，高壓液體介質(zhì)的壓力為15 300MPa ；步驟四、實時記錄待測試管材脹形過程中的高壓液體介質(zhì)8的壓力和脹形高度h，直至待測試管材破裂；步驟五、測量待測試管材破裂點的壁厚根據(jù)壁厚線性模型通過計算獲得脹形過程中每一時刻的壁厚t t = tfbh，其中t為每一時刻的壁厚，h為管材的初始壁厚，h為管材的脹形高度，b為常數(shù)；將脹形結(jié)束時的壁厚tmd和脹形高度hmd代入公式t = t0-bh即可求得b值；步驟六、通過計算獲得管材的等效應(yīng)力應(yīng)變曲線；等效應(yīng)力為
權(quán)利要求
1.一種基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法，其特征在于管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法步驟如下步驟一、測量待測試管材(I)的初始壁厚h、待測試管材(I)的外半徑Rtl和脹形區(qū)長度L0;步驟二、將待測試管材(I)放置到上模具(2)和下模具(3)之間，并通過左密封沖頭 ⑷和右密封沖頭(5)對待測試管材⑴的兩端進行密封；步驟三、向待測試管材(I)內(nèi)充入高壓液體介質(zhì)(8)，高壓液體介質(zhì)(8)的壓力為15 300MPa ；步驟四、實時記錄待測試管材(I)脹形過程中的高壓液體介質(zhì)(8)的壓力和脹形高度 h，直至待測試管材(I)破裂；步驟五、測量待測試管材(I)破裂點的壁厚根據(jù)壁厚線性模型通過計算獲得脹形過程中每一時刻的壁厚t t = i^-bh,其中t為每一時刻的壁厚為管材的初始壁厚，h為管材的脹形高度，b為常數(shù)；將脹形結(jié)束時的壁厚tmd和脹形高度hmd代入公式t = t0-bh即可求得b值；步驟六、通過計算獲得管材的等效應(yīng)力應(yīng)變曲線；等效應(yīng)力為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法，其特征在于步驟三中向待測試管材(I)內(nèi)充入高壓液體介質(zhì)(8)的壓力為30 200MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法， 其特征在于步驟一和步驟五中采用超聲波測厚儀測量待測試管材(I)的壁厚，超聲波測厚儀的量程范圍是O 20mm，測量精度為O. 01mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法， 其特征在于在步驟一中采用千分尺測量管材的初始壁厚；在步驟五中，將管材的破裂位置切開后采用千分尺測量待測試管材(I)的壁厚。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法， 其特征在于在步驟四中，采用接觸式位移傳感器測量脹形過程中待測試管材(I)的脹形高度h，接觸式位移傳感器的量程范圍為O 50_，測量精度為O. 05_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法， 其特征在于在步驟四中，采用激光位移傳感器測量脹形過程中待測試管材(I)的脹形高度h，激光位移傳感器的量程范圍為O 50mm，測量精度為O. 01mm。
全文摘要
基于壁厚線性模型的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法，它涉及一種管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法。本發(fā)明為解決現(xiàn)有的管材力學(xué)性能液壓脹形測試方法存在管材壁厚測量困難和實驗不連續(xù)的問題。一、測量待測試管材的初始壁厚、待測試管材的外半徑和脹形區(qū)長度；二、將待測試管材放置到上模具和下模具之間，將待測試管材的兩端進行密封；三、向待測試管材內(nèi)充入高壓液體介質(zhì)；四、實時記錄待測試管材脹形過程中的高壓液體介質(zhì)的壓力和脹形高度，直至待測試管材破裂；五、測量待測試管材破裂點的壁厚根據(jù)壁厚線性模型通過計算獲得脹形過程中每一時刻的壁厚；六、通過計算獲得管材的等效應(yīng)力應(yīng)變曲線。本發(fā)明用于管材力學(xué)性能液壓脹形測試。
文檔編號G01N3/12GK103048203SQ201310025858
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者苑世劍, 林艷麗, 何祝斌 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)