T-CSTM 00830-2023 金屬材料 管 雙向加載試驗(yàn)方法

Metallicmaterials—Tube2023-12-22發(fā)布I請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。向應(yīng)力-應(yīng)變曲線。依據(jù)本文件給出的方法獲得的結(jié)果能夠準(zhǔn)確地反映金屬管彈塑性變形特性和力學(xué)特1重要提示：使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指問題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符本文件適用于壁厚不小于0.5mm且徑厚比（外徑與壁厚比）大于20的圓形截面薄壁金屬管（包括無縫管和焊管）的雙向加載試驗(yàn)。徑厚比為10~20的圓形截面薄壁金屬管也可以參考本文件GB/T38719金屬材料管測(cè)定雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的液壓脹形試驗(yàn)方法向試樣內(nèi)部充入一定壓力的液體介質(zhì)，并在試樣端部施加軸向拉力或壓力，實(shí)現(xiàn)試樣在雙向應(yīng)力變形區(qū)中間區(qū)域middleareaofthedeformingzone變形區(qū)中間點(diǎn)intermediatepointofthedeformingzoneα2雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線stress-straincurvesun4符號(hào)及說明dθDoF軸向載荷（F>0為拉力，F(xiàn)<0為壓力）N12LLoLcpRmα/EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(s),z)/EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(s),θ)////ρθAρzAσzσθ將試樣兩端密封并采用卡具與試樣端部連接，利用液體介質(zhì)對(duì)試樣施加內(nèi)壓力的同時(shí)通過卡具施中間點(diǎn)的軸向和環(huán)向應(yīng)力分量、應(yīng)變分量，繪制出雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線，確定試樣材料的單位體積塑性），），雙向加載試驗(yàn)所用設(shè)備應(yīng)能夠同時(shí)對(duì)試樣施加軸向和環(huán)向載荷，并符合附錄A的規(guī)4L=Lo+2Lc………………（1）7.4試樣的端面垂直度，即端面相對(duì)于其軸線的垂直度不7.5試樣外表面應(yīng)清理干凈并噴涂散斑，具體噴涂方法及注意7.6制樣過程中應(yīng)避免試樣產(chǎn)生變形并保證試樣表面無劃痕、裂紋7.7對(duì)于不同種類（無縫管、焊管等）的試樣制備的8.1試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄試驗(yàn)溫度，試驗(yàn)一般在10℃~35℃下進(jìn)行，試驗(yàn)過程溫度波動(dòng)應(yīng)不大于±3℃。8.4對(duì)試驗(yàn)所用卡具、塞頭進(jìn)行必要的清洗，檢查壓力控制系統(tǒng)和軸向加載單元能否正常運(yùn)行和壓力8.5將安裝有密封圈的塞頭從端部放入準(zhǔn)備好的試樣兩端實(shí)現(xiàn)密封，將卡具與試樣端部連接，然后將卡具與試驗(yàn)設(shè)備的軸向加載單元連接，連接時(shí)將8.3標(biāo)記的平均壁厚位置正對(duì)DIC系統(tǒng)的CCD鏡頭。8.7通過壓力系統(tǒng)向試樣內(nèi)部預(yù)填充液體，排除試樣內(nèi)部的氣體，防止試樣破裂時(shí)氣體瞬間釋放引起8.8啟動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備，軸向加載單元施加拉伸或壓縮載荷，壓力系統(tǒng)向試樣內(nèi)部充入不同壓力的液體介力路徑或應(yīng)變路徑加載。推薦的應(yīng)變速率范圍為0.0001s-1~0.01s-1。半徑及實(shí)時(shí)壁厚數(shù)據(jù)。當(dāng)達(dá)到指定的應(yīng)力或應(yīng)變，或試樣破裂，或軸向壓縮失穩(wěn)，9.1.1需要求解的曲率半徑為變形區(qū)標(biāo)記點(diǎn)）為中心在DIC測(cè)量范圍中選擇一個(gè)局部矩形區(qū)域進(jìn)行分析，如9.1.3在所選區(qū)域內(nèi)的軸向方向上均勻選取若干個(gè)點(diǎn)，推薦至少選取5個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)與2mm，提取所選取點(diǎn)的坐標(biāo)信息，根據(jù)橢圓方程采用最小二乘法擬合可確定變形區(qū)中間點(diǎn)的軸向曲率9.1.4在所選區(qū)域內(nèi)的環(huán)向方向上均勻選取若干個(gè)點(diǎn)，推薦至少選取5個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)與2mm，提取所選取點(diǎn)的坐標(biāo)信息，根據(jù)圓的方程采用最小二乘法擬合可確定變形區(qū)中間點(diǎn)的環(huán)向曲率9.1.5必要時(shí)，也可協(xié)商采用其他擬合方法或計(jì)算方法確定曲率半徑。9.2應(yīng)變的確定變形區(qū)中間點(diǎn)的外表面軸向和環(huán)向應(yīng)變分量(εEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5(s),z),εEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5(s),θ))可以由DIC測(cè)量系統(tǒng)直接輸出，利用公式根據(jù)體積不變?cè)戆垂剑?）計(jì)算得到變形區(qū)中間點(diǎn)的厚向應(yīng)變(εt)：εt=-εθ-εz……………（3）9.3壁厚的確定6tA=toexp(εt)=toexp(-εθ-εz)………………（4）9.4應(yīng)力的確定薄壁管試樣中性層上軸向和環(huán)向的應(yīng)力分量由9.5雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的確定示例：如圖3所示是6061-T4鋁合金無縫擠壓管在不同雙向應(yīng)力狀態(tài)下得到的軸向和環(huán)向應(yīng)力-應(yīng)變a)σ:σ=1:1線性應(yīng)力路徑加載b)σ:σ=-1:2線性應(yīng)力路徑加載9.6屈服軌跡的確定78試驗(yàn)設(shè)備平穩(wěn)，波動(dòng)不宜超過±0.05MPa，所提供的液體壓力p應(yīng)滿足式（A.1），其中軸向抗拉強(qiáng)度Rm按照p>…………oF>πDotoRm………（A.2）A.4試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)配備一個(gè)試樣內(nèi)部液體壓力測(cè)量系統(tǒng)。從最大測(cè)量壓力值的10％起，測(cè)量A.7在試驗(yàn)過程中，采用DIC系統(tǒng)測(cè)量試——第3步，待上一步白色底漆將要晾干時(shí)噴涂黑色散斑圖B.1參考散斑圖案啞光自噴漆進(jìn)行噴涂。噴涂散斑后的試樣應(yīng)盡快進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，防止久置試樣表面的散斑質(zhì)量會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，因此，被測(cè)試樣表面所噴涂的散斑應(yīng)滿足以下要求：c）試樣表面特征需要有良好的對(duì)比度，以保證圖像匹配精a）不合格的低對(duì)比度散斑b）干擾點(diǎn)過大的高對(duì)比度散斑為保證雙向加載試驗(yàn)時(shí)能夠施加足夠的軸向拉伸載荷并滿足密封性要求，對(duì)試樣制備給出如下建a)對(duì)于外表面光滑的無縫管和焊管，為了能夠通過卡具對(duì)薄壁管試樣施加足夠的拉伸載荷，需b)對(duì)于焊管，特別是無填充焊絲的激光焊管，焊縫區(qū)域與鄰近母材間存在明顯壁厚差。建議對(duì)確定符合金屬管成形特點(diǎn)的屈服準(zhǔn)則，有利于提高金屬管成形過程中有限元計(jì)算的預(yù)測(cè)精度。金屬管塑性變形功的測(cè)量方法見圖D.1。首先進(jìn)行沿試樣軸向的單向拉伸試驗(yàn)，以獲得的單軸真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線作為參考確定某一應(yīng)變?chǔ)臙Q\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(p),o)（也即是等效應(yīng)變）對(duì)應(yīng)的單位體積塑性功Wo。Wo的數(shù)值為真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)塑性應(yīng)變曲線與坐標(biāo)軸和直線ε=εEQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(p),o)所圍成的面積值，如圖D.1a）所示。然后，計(jì)算任意雙向應(yīng)力狀態(tài)下各應(yīng)力分量的塑性功Wz和Wθ,如圖D.1b)所示。當(dāng)滿足公式（D.1）時(shí)表示塑性功相等。最后，將多組塑性功相等的應(yīng)力點(diǎn)(σz,σθ)繪制在主應(yīng)力空間中形成塑性功等值線，也即表示材EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(p),o)本文件起草單位：大連理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司、上海[1]GB/T15825.2金[2]GB/T38684金屬材料薄板和薄帶雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線脹形試驗(yàn)[3]張坤.各向異性鋁合金薄壁管全應(yīng)力域屈服特性與本構(gòu)模型[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士[4]HwangYM,LinYKProcess[J].JournalofMaterialsProces[5]HwangYM,LinYK.AnalysisofEffectsoftheTubularMaterial[J].InternationalInternationalJournalofMachineToolsandManufacture,2007,47(2):343-35[7]HwangYM,LinYK.EvaluationofFlowStressesofTubularMaterialsConsiEffectsbyHydraulicBulgeTests[J].JournaloHydraulicBulgeTestsConsidstresscomponentsandbulgingzoneprofile.InternationalJournalofMechanicalSciences,2014.87:p.[10]HeZB,YuanSJ,forpolethicknessanditsapplication.InternationalJournalofMechanicalSciences[11]Zhan