一种复杂应力条件下的材料本构测试方法与流程

本发明涉及一种应力应变测试实验装置，是一种针对复杂应力条件下的材料本构关系的测试方法。

背景技术：

材料的本构关系是指材料的应力-应变关系，是表征材料力学性能的重要因素，在材料加工的模拟过程中发挥着决定性作用。材料本构关系测定的准确与否，不仅影响着材料性能的评价，也直接影响着材料加工过程模拟的准确性，从而决定了一种材料的应用和发展。材料本构关系一般通过万能试验机测定，即将试样夹持在万能试验机的上下两个夹头之间，通过夹头给材料施加拉力或者压力，并通过贴在试样表面的应变片测量应变，最终通过计算和处理得到一条应力-应变曲线，而对于复杂应力条件下材料本构的测定，则是通过等效应力或者等效应变来替代，而在实际工程应用中，材料的实际服役环境往往较复杂，常处于多轴应力作用下，并且实际力学性能还受到温度等因素影响，因此传统的单轴拉伸测试并不能完全反映材料在复杂应力条件下的力学性能，无法建立准确的本构关系；十字拉伸试验法虽说能直观反映材料的双向受力状态，但对于一些复杂零件或者处于特定温度环境下的材料，也无法准确预测成型缺陷和材料的本构关系。因此，对于研究如何测试处于复杂应力状态下的材料的力学性能十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复杂应力和温度环境下材料的力学性能测试方法，通过对材料力学性能测试装置的优化设计，实现不同温度环境下和复杂应力条件下的材料力学性能的测试和本构方程的建立。

为达到上述技术目标，本发明采用以下技术方案来实现：

普通液压万能试验机只有一个方向有液压缸，只能进行单轴拉伸或者压缩试验，本发明提出的材料复杂应力高温实验平台，是在现有的普通液压万能材料试验机结构上加装前后左右上下一共三组液压缸，同时提供前后左右上下六个方向的液压力，并在液压缸外加装高温箱，高温环境通过加热实现，通过程序控制温度，来实现不同温度的设定，从而模拟材料在不同温度和复杂应力条件下的力学性能和本构关系。

由于上述技术方案的设计，本发明与现有技术相比有如下优点：

本材料复杂应力高温实验平台通过控制平台控制三组液压缸前后左右上下运动对试样施加多向载荷，通过高温箱提供不同温度环境。

(1)可以适用于包括金属在内的不同材料，例如，混凝土，塑料等，提高了应用领域和使用范围。

(2)可以提供复杂应力和各种温度环境，更加贴合实际生产工作环境，使得测试结果更准确和具有参考性。

(3)可以仅通过一台设备实现材料的各种受力状态，如：拉伸、压缩、弯曲、扭转等。

(4)可以测试各向异性并处于复杂应力状态下的材料的力学性能，建立材料准确的本构关系。

附图说明

复杂应力条件下材料本构测试方法示意图如图1所示。1、2、3分别表示上下、左右和前后三组液压缸，分别对试样施加上下、左右和前后方向的拉伸和压缩变形，三组液压缸可同时作用以此来模拟复杂应力条件下的材料力学性能和材料本构。

具体实施方式

以100℃环境下的材料两向压缩、单向拉伸为例进行说明。具体实现步骤如下：

(1)打开夹头，将试样夹持在三组夹头上同时固定，通过程序控制温度，将高温箱温度加热到100℃。

(2)当工作台温度达到要求温度时，通过控制液压缸传动轴的运动，使上下和前后两个方向的液压缸同时压缩运动，给试样提供压力，当压力值达到要求值时，使其停止运动，保持压力值不变。

(3)控制左右两个方向的传动轴开始拉伸运动，给试样提供拉力，在试样不断伸长、拉力值不断增加的过程中，收集数据，得到一条在100℃条件下、两向受压、单向拉伸的应力-应变曲线，即本构方程。

(4)直至试样出现明显颈缩或者断裂，关闭开关，液压缸停止运动，打开夹头取出试样，试验结束。

注意事项

(1)本发明需对试样三向夹持，因此试验的试样形状不能是普通的“哑铃型”试样，需重新设计，可为方形或其它形状。

(2)本发明是在普通液压万能试验机基础上增加了其他两组液压缸，装置形式需做相应改进。

(3)为实现不同环境温度的设定，需在试验机外部另加一高温箱，从而精确控制环境温度。

技术特征：

技术总结
本发明属于材料加工技术领域，涉及一种复杂应力条件下材料本构和力学性能的测试方法。本发明的目的是要准确测试复杂应力条件下的材料本构和力学性能，从而深入研究材料性能和应用价值，并为模拟该材料加工工艺从而为实际生产过程提供理论指导。实现方法主要包括：设计三轴液压装置，准备测试材料，在测试平台上安装固定，预热，上下前后左右加载提供复杂应力状态，记录数据，分析处理数据得到本构曲线。本发明提出的复杂应力状态下的材料本构测试方法是通过在原来单轴拉伸试验机上增加另外两轴上的液压缸，从而直接提供试样的复杂应力条件，从而提高了测试的效率和准确性。

技术研发人员：李洪洋;曾申涛;张丹丹;宋明龙
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2019.01.10
技术公布日：2019.04.16