实时预测金属材料高温拉伸等效应变均值与方差的方法

1.本发明涉及金属材料力学性能预测方法技术领域，尤其涉及实时预测金属材料高温拉伸等效应变均值与方差的方法。


背景技术：

2.针对目前金属材料，如钛合金、铝合金和镁合金等轻金属被广泛应用于汽车、航空航天等技术领域。为充分掌握金属材料的力学性能及其适用范围，通常需要对材料进行不同温度下的拉伸实验。而在实际高温拉伸实验中，无法直接观察材料的变形均匀性和材料等效应变大小，利用有限元模拟软件可以获取拉伸试样任一变形区域的等效应力应变和损伤等塑性表征量，还可得出金属材料高温拉伸时应力应变等参数的变化规律。和现有技术对比，本专利通过金属材料高温拉伸实验和有限元模拟相结合的方法得出材料在高温拉伸时试样内部的不均匀变形情况和等效应变大小，在模拟软件后处理中对拉伸试样进行处理，仅提取标距段变形部分等效应变并对等效应变的均值与方差进行定量统计，以此实现金属材料高温拉伸过程中等效应变均值与方差的实时预测。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种实时预测金属材料高温拉伸等效应变均值与方差的方法。
4.为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种实时预测金属高温拉伸等效应变均值与方差的方法，该方法包括以下步骤：
5.a.通过汇集不同的温度及应变速率条件下的金属材料高温拉伸实验应力应变数据和实验相关参数，对实验数据处理，获得真应力-真应变数值，构建其arrhenius本构方程；
6.b.再基于金属成形有限元模拟软件,建立耦合arrhenius本构方程的有限元模型,将建立的本构方程导入试样作为材料模型，然后使高温拉伸实验过程的数据采集表中速度-时间关系导入至拉伸夹头，变形温度、应变速率的模拟参数与具体的拉伸实验参数相同，模拟金属材料高温拉伸实验过程；
7.c.通过模拟软件的后处理操作，该后处理操作为对坯料先进行布尔运算剪去试样的两端，仅对中间标距段变形部分的等效应变进行定量统计，记录模拟的等效应变均值与方差，将模拟获得的延伸率与实验获得的延伸率对比。
8.优选的，所述步骤c中，若实验和模拟式样的延伸率一致或在允许的误差范围内，则通过模拟软件后处理观察试样内部应力应变、成形载荷参数的变化；进而对金属材料性能进行预测。
9.优选的，所述步骤c中，若二者延伸率差异较大，则需修改模拟参数，再次模拟高温拉伸实验过程直至模拟与实验的延伸率相互吻合。
10.优选的，所述步骤c中的定量统计为以目标拉伸位移为间隔，记录每组模拟的等效
应变均值与方差。
11.本发明有益效果：
12.1.本发明通过实验和有限元模拟相结合的方法得出金属材料在高温拉伸变形不同阶段的等效应变均值与方差，并应用于对金属材料在高温拉伸下的等效应变均值与方差进行实时预测，具有广泛的适用性同时，可促使金属材料高温拉伸实验结果产生多样化的信息，为工程应用提供参考依据。
13.2.本发明通过模拟软件的后处理观察高温拉伸试样标距段的等效应变并进行定量统计，以此实现高温拉伸试样变形过程等效应变方差与均值的实时预测；可促使金属材料高温拉伸实验结果产生多样化的信息，为工程应用提供参考依据。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
15.图1为本发明等效应变实时预测方法流程图
16.图2为本发明从模拟软件后处理中获取等效应变均值与方差图；
17.图3为本发明tc6钛合金等效应变方差定量统计结果图；
18.图4为本发明tc6钛合金等效应变等值线图；
19.图5为本发明tc6钛合金等效应变均值的定量统计结果和等效应变等值线图。
20.附图标注：
具体实施方式
21.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
22.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
23.参照图1-图5，本发明的优选实施例，一种实时预测金属材料高温拉伸等效应变均值与方差的方法，该方法包括以下步骤：
24.a.通过汇集不同的温度及应变速率条件下的金属材料高温拉伸实验应力应变数据和实验相关参数，对实验数据处理，获得真应力-真应变数值，构建其arrhenius本构方程；
25.b.再基于金属成形有限元模拟软件,建立耦合arrhenius本构方程的有限元模型,将建立的本构方程导入试样作为材料模型，然后使高温拉伸实验过程的数据采集表中速度-时间关系导入至拉伸夹头，变形温度、应变速率的模拟参数与具体的拉伸实验参数相同，模拟金属材料高温拉伸实验过程；
26.c.通过模拟软件的后处理操作，该后处理操作为对坯料先进行布尔运算剪去试样的两端，仅对中间标距段变形部分的等效应变进行定量统计，记录模拟的等效应变均值与
方差，以此实现对高温拉伸试样变形过程等效应变均值与方差的实时预测，同时，可促使金属材料高温拉伸实验结果产生多样化的信息，将模拟获得的延伸率与实验获得的延伸率对比。
27.本发明通过实验和有限元模拟相结合的方法得出金属材料在高温拉伸变形不同阶段的等效应变均值与方差，并应用于对金属材料在高温拉伸下的等效应变均值与方差进行实时预测，具有广泛的适用性同时，可促使金属材料高温拉伸实验结果产生多样化的信息，为工程应用提供参考依据；同时，本发明通过模拟软件的后处理观察高温拉伸试样标距段的等效应变并进行定量统计，以此实现高温拉伸试样变形过程等效应变方差与均值的实时预测；可促使金属材料高温拉伸实验结果产生多样化的信息，为工程应用提供参考依据。
28.作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
29.本实施例中，所述步骤c中，若实验和模拟式样的延伸率一致或在允许的误差范围内，则通过模拟软件后处理观察试样内部应力应变、成形载荷的参数变化；进而对金属材料性能进行预测。
30.本实施例中，所述步骤c中，若二者延伸率差异较大，则需修改模拟参数，再次模拟高温拉伸实验过程直至模拟与实验的延伸率相互吻合。
31.本实施例中，所述步骤c中的定量统计为以目标拉伸位移为间隔，记录每组模拟的等效应变均值与方差。
32.实施例1
33.一种实时预测tc6钛合金高温拉伸等效应变均值与方差的方法，以tc6钛合金变形温度为850℃，应变速率分别为0.1、0.01和0.001下在高温拉伸试验机上进行实验为例。分别进行三组高温拉伸实验并导出高温拉伸实验数据采集表和记录相关实验参数。通过对实验数据采集表进行处理获得真应力-真应变曲线等建立tc6钛合金在变形温度850℃、应变速率0.001～0.1s-1
条件下的arrhenius本构方程。后基于模拟软件建立有限元模型，将高温拉伸实验采集的速度-时间数据导入上模，并将上述本构方程导入模拟中的拉伸试样，作为其有限元建模中的材料模型，变形温度及应变速率等模拟参数设置同具体的实验参数，来模拟钛合金高温拉伸实验过程。对比模拟和高温拉伸实验两者的延伸率，在二者相互吻合的条件下统计tc6钛合金高温拉伸变形时的等效应变均值与方差。针对有限元模拟中后处理的数据处理，对拉伸试样先进行布尔运算差去试样的上下夹持端，仅对中间标距段变形部分的等效应变进行定量统计，并以3mm拉伸位移为间隔记录三组模拟的等效应变均值与方差，从而实现tc6钛合金高温拉伸下的等效应变均值与方差的实时预测。
34.如图2所示，tc6钛合金在相同拉伸位移、不同应变速率下的等效应变方差随着应变速率的减小而降低，表现出tc6钛合金高温拉伸变形在低应变速率下的应变更加均匀。
35.图3为相应应变速率的最大延伸率分别为104％、134.7％和254.7％下的等效应变等值线图。
36.本次创新是将高温拉伸实验同有限元模拟相结合的方法对等效应变的均值与方差进行实时预测，并应用于所有金属材料的高温拉伸过程中，具有广泛的适用性。
37.在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
38.以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技
术方案都属于本发明的保护范围之内。