性能獲取具有重要意 義。
【附圖說明】
[0032] 圖1為圓環(huán)試樣正視圖與側(cè)視圖。
[0033] 圖2為本發(fā)明采用的簡易的圓環(huán)壓縮夾具示意圖。
[0034] 圖3典型的圓環(huán)壓縮載荷位移曲線圖。
[0035] 圖4 P92管道鋼圓環(huán)試樣徑向壓縮載荷-深度曲線圖。
[0036] 圖5 P92管道鋼單軸本構(gòu)曲線預(yù)測結(jié)果圖。
[0037] 圖6圓環(huán)壓縮有限兀分析模型圖。
[0038] 圖7圓環(huán)壓縮系統(tǒng)示意圖。
[0039] 圖8為式（3)式⑶中的參數(shù)值表。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明方法做進一步的詳述。
[0041] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括三個部分：圓環(huán)試樣制備、對中壓縮夾具、圓環(huán)壓縮 形變能理論-有限元模型。
[0042] (1)圓環(huán)試樣制備
[0043] 由圓環(huán)壓縮試驗獲取精確而豐富的載荷P~位移V試驗數(shù)據(jù)是本發(fā)明技術(shù)方案的 首要條件，為了獲取足夠的材料變形信息，所選圓環(huán)試樣的內(nèi)外徑比不能太小，一般選用內(nèi) 外徑比為0. 5~0. 9的薄壁圓環(huán)。對于待測的材料或結(jié)構(gòu)，毫米級圓環(huán)試樣通常有兩種微 創(chuàng)取樣途徑：
[0044] 1.針對具有一定宏觀尺寸（三維尺寸均在厘米級以上）的母材，使用數(shù)控機床經(jīng) 過幾次線切割即可獲取圓環(huán)構(gòu)型試樣。
[0045] 2.針對實際工程中大量存在的管道結(jié)構(gòu)，可采用直接切片的簡便方式制備樣品。
[0046] ⑵對中壓縮夾具
[0047] 由于圓環(huán)試樣在厚度方向上相對較薄，為了防止安裝試樣時側(cè)向傾倒和保證良好 的對中性，采用帶有限位凹槽的對中壓縮夾具將試樣同試驗機進行連接。如圖2所示，壓縮 夾具系統(tǒng)包含圓棒夾持段、梯形限位凹槽、對中刻線三個部分。圓棒夾持段同試驗機液壓夾 頭連接。梯形限位凹槽內(nèi)裝卡圓環(huán)試樣（凹槽寬度應(yīng)略大于圓環(huán)試樣厚度t，通過對中刻線 調(diào)整圓環(huán)試樣上、下壓縮夾具的對中性。
[0048] (3)圓環(huán)壓縮形變能理論-有限元模型
[0049] 圖3給出了典型的圓環(huán)徑向壓縮試驗載荷P~位移V關(guān)系，并標(biāo)出了兩個加載階 段的一些基本物理參量。
[0050] 形變能理論推導(dǎo)和有限元數(shù)值模擬表明不同幾何尺寸圓環(huán)在不同變形量下的壓 縮形變能W v/w_D、徑向壓縮剛度S同材料本構(gòu)參數(shù)E、〇 y、n滿足如下關(guān)系：
[0052] 式中：S為載荷P-位移V曲線初始線彈性段的斜率（即徑向壓縮剛度），E為材料 的彈性模量，W v/w_K表示外半徑為R，內(nèi)外徑比為y的單位厚度圓環(huán)切片樣品在平直壓頭作 用下發(fā)生變形量V時所需的形變能，W*為特征能量且滿足W* = R2 (1-y2) En 〇 /-V (1+n)， bn-R、b12-R^^單t生求角牛參數(shù)、an-R、a12_R、a13_R、a21_R、a22_R、a23_R、a31_R、a32_R、a33_R、a41_R 以及a 42_KS待定的塑性求解參數(shù)。式（3)中的參數(shù)取值范圍如圖8所示。
[0053] 在本發(fā)明技術(shù)方案中，采用帶限位凹槽的壓縮夾具對尺寸可變的圓環(huán)進行準(zhǔn)靜態(tài) 壓向加載，從而獲得連續(xù)的載荷P-位移V曲線。通過載荷-位移曲線線彈性段數(shù)據(jù)即可標(biāo) 定出圓環(huán)的徑向抗壓剛度S，通過彈塑性段任意兩個不同位移下載荷-位移曲線可積分得 到變形總能量Wv/w_K，代入式（3)即可預(yù)測出被測材料或構(gòu)件的本構(gòu)參數(shù)E、 〇y、n，進而由 式（2)確定其單軸本構(gòu)關(guān)系。
[0054] 實施例
[0055] 在本發(fā)明技術(shù)方案中，本發(fā)明基于Mises應(yīng)變能準(zhǔn)則的壓縮形變能理論推導(dǎo)和有 限元參數(shù)標(biāo)定提出了采用圓環(huán)微創(chuàng)切片樣品徑向壓縮形變能預(yù)測材料單軸本構(gòu)關(guān)系的技 術(shù)理論體系。
[0056] 采用帶凹槽的平直壓頭對A型核燃料鋯合金包殼管圓環(huán)切片進行徑向壓縮試驗 并求取其單軸本構(gòu)關(guān)系曲線。圖4給出了（外半徑R為5mm，內(nèi)外徑比y為0.8)圓環(huán)切 片試樣徑向壓縮試驗得到的單位厚度下載荷-位移曲線。數(shù)據(jù)處理流程為：首先由單位厚 度下壓縮載荷-位移曲線中取出初始線彈性段數(shù)據(jù)進行擬合得到圓環(huán)的徑向剛度S，即可 換算出材料的彈性模量E。然后，在圓環(huán)發(fā)生彈塑性變形階段任取兩個不同的位移量'、V 2， 通過簡單的積分求取％、V2下的形變能W V/W_K，之后將得到的對應(yīng)于兩個位移量下的形變能 Wv/w_ K代入式（3)求得本構(gòu)參數(shù)E、〇 y、n，最后由式（2)確定P92電站管道鋼樣品的單軸本 構(gòu)關(guān)系。圖5為本發(fā)明技術(shù)方案預(yù)測的P92電站管道鋼單軸本構(gòu)曲線同由傳統(tǒng)拉伸試驗得 到的本構(gòu)曲線的比較。
【主權(quán)項】
1.圓環(huán)徑向壓縮能量預(yù)測材料單軸本構(gòu)關(guān)系測定方法，采用帶限位凹槽的壓縮夾具對 尺寸可變的圓環(huán)進行準(zhǔn)靜態(tài)壓向加載，獲得連續(xù)的載荷P-位移V曲線后通過單位厚度下的 載荷-位移曲線標(biāo)定出圓環(huán)的徑向抗壓剛度S，經(jīng)后期處理預(yù)測材料單軸本構(gòu)關(guān)系；其特征 在于，后期處理包含如下步驟： 1) 通過單位厚度下載荷-位移曲線彈塑性段任意兩個不同位移下載荷P-位移V積分 得到變形總能量Wv/u_E; 2) 將1)所得結(jié)果輸入（3)式預(yù)測出被測材料或構(gòu)件的本構(gòu)參數(shù)E、〇y、n;式中；S為載荷P-位移V曲線初始線彈性段的斜率（即徑向壓縮剛度），E為材料的彈 性模量，表示外半徑為R，內(nèi)外徑比為y的單位厚度圓環(huán)切片樣品在平直壓頭作用下 發(fā)生變形量V時所需的形變能，W*為特征能量且滿足W* =R2 (1-y2化n0yi-Y(i+n)，biw、 bl2-R為彈性求角牛 數(shù)、口ll-R、口12-R、口口-R、口21-R、口22-R、口23-R、口31-R、口32-R、口33-R、口41-rW及 a42_c為塑性求解常數(shù)； 3) 將2)結(jié)果輸入（2)式得單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：進而確定被測材料的單軸本構(gòu)關(guān)系； 式中，E為彈性模量，0y為名義屈服應(yīng)力，n為塑性硬化指數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圓環(huán)徑向壓縮能量預(yù)測材料單軸本構(gòu)關(guān)系測定方法，采用帶限位凹槽的壓縮夾具對尺寸可變的圓環(huán)進行準(zhǔn)靜態(tài)壓向加載，獲得連續(xù)的載荷P-位移V曲線后通過載荷-位移曲線彈性段數(shù)據(jù)標(biāo)定出圓環(huán)的徑向抗壓剛度S，經(jīng)后期處理預(yù)測材料單軸本構(gòu)關(guān)系。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)需多次有限元迭代耗時費力及收斂性優(yōu)劣無法預(yù)先評估的不足，可簡便有效地實現(xiàn)材料單軸本構(gòu)關(guān)系獲取，效果理想。特別是對于航空航天、核電、高鐵、油氣運輸?shù)汝P(guān)鍵工程廣泛存在的重要管道結(jié)構(gòu)的材料單軸力學(xué)性能獲取具有重要意義。
【IPC分類】G06F19/00, G01N3/08
【公開號】CN104931348
【申請?zhí)枴緾N201510309391
【發(fā)明人】陳輝, 蔡力勛, 包陳, 尹濤
【申請人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月8日