热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正方法及装置

本技术涉及金属材料热加工物理模拟，尤其涉及到一种热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正方法及装置。

背景技术：

1、高温压缩试验是获取金属材料热变形流变应力-应变曲线的核心试验手段，所得曲线是构建材料热变形本构模型、优化锻压轧制等热加工工艺、开展金属塑性成形有限元仿真不可或缺的基础输入数据。现阶段高温压缩试验普遍依托热力模拟试验机完成，设备默认基于试样均匀变形理想假设开展应力计算：即压缩过程中试样轴向均匀缩短、径向全域等比例胀粗，无局部轮廓畸变；试验机通过位移传感器采集压头行程、力传感器采集压缩载荷，结合试样初始几何尺寸直接输出应力-应变数据。但圆柱形试样在真实高温压缩工况下，试样两端与硬质压头间存在接触摩擦，同时试样轴向存在不可消除的温度梯度，二者共同作用会使试样产生中间径向隆起的鼓形畸变，破坏单轴压缩受力状态，试样内部转化为复杂三向应力场，试验机实测载荷叠加了克服摩擦、约束鼓形扩展的附加抗力，最终导致输出流变应力显著高于材料真实值，大幅降低试验数据可靠性。

2、针对鼓形畸变带来的应力测量误差，当前行业主流技术路线分为两类。第一类方案侧重从试验源头抑制鼓形产生，包括在试样端面与压头间铺设石墨、云母等固体润滑剂降低界面摩擦，或是改良夹具结构缩减试样轴向温差；也有专利通过分离样品与空载工况压缩数据的方式消除设备固有系统误差。但该类手段存在明显局限，润滑剂会改变试样有效变形区间、引入全新测量误差，且摩擦与温度梯度无法被完全消除，鼓形畸变仅能小幅缓解，无法从根源规避应力测量偏差。第二类方案为试验后离线数据修正，典型代表为鼓形压缩测试法（barrel compression test，bct）、布里奇曼校正法（bridgman’s correctionfactor method，bcfm），以及依托有限元仿真迭代求解修正系数的数值修正方案，这类方法均需等待试样冷却后人工测量压缩完成后的静态鼓形轮廓尺寸，再依据终态几何参数计算单一固定修正系数，对整条应力-应变曲线统一校正。

3、综上，现有基于试样压缩终态静态尺寸的离线固定系数修正方法，无法适配高温压缩全程鼓形随应变动态变化的特征，应力修正精度差，且热力模拟试验机无在线轮廓检测能力，不能实现压缩过程中应力-应变曲线同步实时校正。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正方法及装置，通过在热力模拟试验机中集成在线投影图像测量模块，可实现试样热压缩过程中鼓形几何参数的连续实时测量，并基于实时测量数据动态计算修正系数，从而实现对应力-应变曲线的逐点实时修正。

2、根据本技术的第一方面，提供了一种热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正方法，方法应用于热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正系统，系统包括热力模拟试验机和在线投影图像测量仪，在线投影图像测量仪的发射端和接收端分别安装于热力模拟试验机的操作箱两侧，以使在线投影图像测量仪的测量视野完全覆盖高温压缩试验的试样压缩区域，方法包括：

3、在热力模拟试验机的高温压缩试验启动前，通过在线投影图像测量仪采集圆柱形试样在无鼓形畸变下的基准投影图像，在热力模拟试验机的高温压缩试验运行中，利用在线投影图像测量仪逐帧采集圆柱形试样的实时投影图像；

4、以热力模拟试验机输出的压头实时位移信号为补偿基准，基于基准投影图像和实时投影图像计算适配试样鼓形畸变的位置校正量，利用位置校正量对试样压缩区域对应的测量坐标系执行位置校正，基于位置校正后的试样压缩区域坐标确定高温压缩试验全过程的试样鼓形轮廓坐标；

5、基于试样鼓形轮廓坐标，多截面同步采集圆柱形试样的实时轮廓尺寸，实时轮廓尺寸至少包括接触面直径、鼓形最大直径；通过逐帧对试样鼓形轮廓坐标做圆弧拟合处理，求解对应变形时刻的鼓形曲率半径；

6、基于同一变形时刻下的接触面直径、鼓形最大直径以及鼓形曲率半径，依据预设校正运算规则生成适配当前鼓形畸变程度的动态修正系数；

7、利用同一时刻的动态修正系数以及平均轴向应力计算当前变形时刻的实际应力，结合三维投影仪采集试样两端位移得到的实际位移获取对应时刻的应变数据，生成当前变形时刻的应力应变数据点；待压缩试验完成后，基于全部变形时刻的应力应变数据点拟合并输出完整变形过程的应力应变曲线，平均轴向应力由实时采集的压缩载荷以及鼓形最大直径计算得到。

8、根据本技术的第二方面，提供了一种热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正装置，装置应用于热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正系统，系统包括热力模拟试验机和在线投影图像测量仪，在线投影图像测量仪的发射端和接收端分别安装于热力模拟试验机的操作箱两侧，以使在线投影图像测量仪的测量视野完全覆盖高温压缩试验的试样压缩区域，装置包括：

9、采集模块，用于在热力模拟试验机的高温压缩试验启动前，通过在线投影图像测量仪采集圆柱形试样在无鼓形畸变下的基准投影图像，在热力模拟试验机的高温压缩试验运行中，利用在线投影图像测量仪逐帧采集圆柱形试样的实时投影图像；

10、校正模块，用于以热力模拟试验机输出的压头实时位移信号为补偿基准，基于基准投影图像和实时投影图像计算适配试样鼓形畸变的位置校正量，利用位置校正量对试样压缩区域对应的测量坐标系执行位置校正，基于位置校正后的试样压缩区域坐标确定高温压缩试验全过程的试样鼓形轮廓坐标；

11、处理模块，用于基于试样鼓形轮廓坐标，多截面同步采集圆柱形试样的实时轮廓尺寸，实时轮廓尺寸至少包括接触面直径、鼓形最大直径；通过逐帧对试样鼓形轮廓坐标做圆弧拟合处理，求解对应变形时刻的鼓形曲率半径；

12、生成模块，用于基于同一变形时刻下的接触面直径、鼓形最大直径以及鼓形曲率半径，依据预设校正运算规则生成适配当前鼓形畸变程度的动态修正系数；

13、修正模块，用于利用同一时刻的动态修正系数以及平均轴向应力计算当前变形时刻的实际应力，结合三维投影仪采集试样两端位移得到的实际位移获取对应时刻的应变数据，生成当前变形时刻的应力应变数据点；待压缩试验完成后，基于全部变形时刻的应力应变数据点拟合并输出完整变形过程的应力应变曲线，平均轴向应力由实时采集的压缩载荷以及鼓形最大直径计算得到。

14、依据本技术的第三方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现上述热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正方法。

15、依据本技术的第四方面，提供了一种电子设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正方法。

16、借由上述技术方案，本技术提供的一种热力模拟试验机的高温压缩应力应变曲线修正方法及装置，通过将在线投影图像测量仪布设于热力模拟试验机操作箱两侧并使测量视野完整覆盖试样压缩区域，试验前采集无鼓形畸变的基准投影图像、压缩过程逐帧采集试样实时投影图像，依托压头实时位移信号结合基准投影图像与实时投影图像计算得到位置校正量并对测量坐标系实施校正，由此精准获取压缩全过程的试样鼓形轮廓坐标，再基于鼓形轮廓坐标多截面同步采集得到接触面直径、鼓形最大直径等实时轮廓尺寸，并对鼓形轮廓坐标进行圆弧拟合求解对应变形时刻的鼓形曲率半径，继而依据同一变形时刻的鼓形几何参数借助预设校正运算规则生成适配实时鼓形畸变程度的动态修正系数，最终利用动态修正系数对试验机输出的平均轴向应力做实时校正并结合三维投影仪采集试样两端位移得到的实际位移获取对应时刻的应变数据，生成当前变形时刻的应力应变数据点；待压缩试验完成后，基于全部变形时刻的应力应变数据点拟合并输出完整变形过程的应力应变曲线。上述方案借助硬件集成赋予热力模拟试验机在线轮廓检测能力，可跟随压缩进程动态追踪鼓形随应变的演化状态，摒弃仅依靠压缩终态静态尺寸得到固定修正系数的离线处理模式，实现压缩过程中应力应变曲线的同步实时校正，消除静态固定系数无法适配鼓形动态变化带来的应力修正偏差，无需试验后冷却取样、人工测量与离线后处理计算，能够显著提升高温压缩试验应力修正精度。

17、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。