申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2022-08-23

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN115372140B

主分类号：G01N3/08

分类号：G01N3/08;G06F30/23

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2022.12.09#实质审查的生效;2022.11.22#公开

摘要：本发明属于管材塑性加工技术领域，公开了一种薄壁管各向异性塑性本构模型参数的确定方法。基于能反映管材面内任意方向各向异性塑性流动特性的管材拉深试验，利用有限元仿真，结合优化算法，逆向确定薄壁管各向异性塑性本构模型参数。本发明的方法能确定准确的薄壁管各向异性塑性本构模型；能准确获得薄壁管非主轴方向的各向异性系数解决薄壁管非主轴方向的各向异性系数测定难题；实验原理简单，试样保持管坯的初始圆弧形状，不会引入额外预应变引起额外误差；可用于确定各种各向异性薄壁管的塑性本构模型，适用范围广泛；所确定的薄壁管非主轴方向的各向异性系数可为管材性能评价提供一种有效的手段。

主权项：1.一种薄壁管各向异性塑性本构模型参数的确定方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、从待测薄壁管上沿轴向截取单向拉伸试样并进行单向拉伸试验以确定薄壁管的均匀延伸率η、轴向厚向异性系数rz和轴向单拉流动应力-应变关系曲线；步骤二、从待测薄壁管上裁切管材拉深试样，管材拉深试样展平后为圆板，管材拉深试样沿管材环向的最大长度H不大于待测薄壁管截面周长的一半；步骤三、根据步骤一中确定的薄壁管的均匀延伸率η和步骤二中管材拉深试样的形状和尺寸，设计管材拉深模具，包括凹模A、凸模C和压边圈B的形状和尺寸；步骤四、利用步骤三设计的管材拉深模具对步骤二中的管材拉深试样进行拉深实验；拉深实验时使凹模A与凸模C型腔中心线重合，将管材拉深试样置于凹模A的上方，在管材拉深试样上方放置压边圈B，调整压边圈B和凹模A之间的间隙至管材拉深试样不起皱，并保持此间隙在拉深过程中不变，使凸模C向凹模A移动，管材拉深试样逐渐拉深进入凹模A中直至实验结束；步骤五、取出步骤四中拉深实验后的试样，并对试样轮廓形状进行测量和分析，记录拉深后试样沿圆周的筒壁高度为hei，并依据hei的分布定性判断薄壁管面内各向异性特性，给出薄壁管面内各向异性特性的定性结果；其中，薄壁管面内各向异性特性的定性结果的判定如下：第一种情况，若拉深后的拉深试样边缘光滑，从轴向至环向的筒壁高度hei单调递减，则说明管材面内各个方向的厚向异性系数相差不大，无明显的极大值或极小值，原始管坯近似为各向同性，即r45＝rθ＝rz,其中，r45为与管材轴向夹角为45o的厚向异性系数；rθ为管材环向的厚向异性系数、rz为管材轴向的厚向异性系数；第二种情况，若拉深后的拉深试样在轴向和环向之间的方向即与轴向呈45度角方向的筒壁高度hei出现极大值，则r45＞rz+rθ2；第三种情况，若拉深后的拉深试样沿轴向和环向的筒壁高度hei出现极大值,则r45＜rz+rθ2；步骤六、根据步骤五中给出的薄壁管面内各向异性特性的定性结果选择薄壁管所匹配的塑性本构关系模型结构类型，记为gσij，σij为薄壁管面内的应力分量；步骤七、按照步骤二、步骤三中确定的管材拉深试样、管材拉深模具形状和尺寸，建立有限元仿真模型，仿真实验材料的塑性性能为步骤一中单拉流动应力-应变关系曲线；步骤八、选择自带有步骤六中确定的塑性本构关系模型的有限元仿真软件，或将步骤六中确定的塑性本构关系模型编写成子程序，嵌入到有限元仿真软件中，并对确定塑性本构关系模型中未知系数用到的待定性能参数取初值；其中，参数的初值选择依据步骤五的定性结果，第一种情况时，的初值取为r450＝rθ0＝rz，其中rz为步骤一中测量的结果；第二种情况时，的初值取值为rθ0＝rz、r450＝κ·rz，其中rz为步骤一中测量的结果，κ为初值系数，κ∈[1.1,2.0]，若45度方向的筒壁高度he45o的极大值小于等于其中hez为轴向的筒壁高度，heθ为环向的筒壁高度，则κ取1.1；若45度方向的筒壁高度he45o的极大值大于等于则κ取2.0，其他视情况取[1.1,2.0]区间的中间值；第三种情况时，的初值取值为rθ0＝rz、r450＝κ·rz，其中rz为步骤一中测量的结果，κ为初值系数，κ∈[0.2,0.9]，若环向的筒壁高度heθ≤1.1he45o，则κ取0.9，若heθ≥1.5he45o，则κ取0.2，其他视情况取[0.2,0.9]区间的中间值；步骤九、对步骤七、步骤八中建立的有限元仿真模型进行管材拉深实验的有限元仿真，并记录仿真后试样沿圆周的筒壁高度为hfi；步骤十、将步骤九中仿真获得筒壁高度hfi与步骤五中实验获得筒壁高度hei进行对比，如果满足其中，n为沿拉深后试样一周所取的实验数据的个数，δ为最大误差的取值；则所取的初值即为薄壁管真实的材料性能数据，反之，如果不满足上述关系，即则改变步骤八中待定性能参数的取值，记为k为改变待定性能参数的次数，并再次进行有限元仿真计算，并对应记录仿真后试样沿圆周的筒壁高度为hfi，直至满足关系式步骤十一、记录满足关系式的最后一次仿真的材料性能参数为即为薄壁管真实的材料性能数据，下角标中字母N表示改变性能参数重复进行有限元仿真的次数；并进一步根据Drucker流动准则确定步骤六中塑性本构关系模型的未知系数，给出塑性本构关系模型gσij的具体表达式。

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