T-CSTM 00830-2023 金屬材料 管 雙向加載試驗方法

Metallicmaterials—Tube2023-12-22發(fā)布I請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)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。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?，并保證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。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金屬材料管測定雙軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的液壓脹形試驗方法向試樣內(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intermediatepointofthedeformingzoneα2雙向應(yīng)力-應(yīng)變曲線stress-straincurvesun4符號及說明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)對試樣施加內(nèi)壓力的同時通過卡具施中間點的軸向和環(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），），雙向加載試驗所用設(shè)備應(yīng)能夠同時對試樣施加軸向和環(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對于不同種類（無縫管、焊管等）的試樣制備的8.1試驗時應(yīng)記錄試驗溫度，試驗一般在10℃~35℃下進(jìn)行，試驗過程溫度波動應(yīng)不大于±3℃。8.4對試驗所用卡具、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)備好的試樣兩端實現(xiàn)密封，將卡具與試樣端部連接，然后將卡具與試驗設(shè)備的軸向加載單元連接，連接時將8.3標(biāo)記的平均壁厚位置正對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，防止試樣破裂時氣體瞬間釋放引起8.8啟動試驗設(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。半徑及實時壁厚數(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）為中心在DIC測量范圍中選擇一個局部矩形區(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點，推薦至少選取5個點，點與2mm，提取所選取點的坐標(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點，推薦至少選取5個點，點與2mm，提取所選取點的坐標(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)中間點的環(huán)向曲率9.1.5必要時，也可協(xié)商采用其他擬合方法或計算方法確定曲率半徑。9.2應(yīng)變的確定變形區(qū)中間點的外表面軸向和環(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測量系統(tǒng)直接輸出，利用公式根據(jù)體積不變原理按公式（3）計算得到變形區(qū)中間點的厚向應(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試驗設(shè)備平穩(wěn)，波動不宜超過±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試驗設(shè)備應(yīng)配備一個試樣內(nèi)部液體壓力測量系統(tǒng)。從最大測量壓力值的10％起，測量A.7在試驗過程中，采用DIC系統(tǒng)測量試——第3步，待上一步白色底漆將要晾干時噴涂黑色散斑圖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)行試驗測試，防止久置試樣表面的散斑質(zhì)量會對測量產(chǎn)生影響，因此，被測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比度，以保證圖像匹配精a）不合格的低對比度散斑b）干擾點過大的高對比度散斑為保證雙向加載試驗時能夠施加足夠的軸向拉伸載荷并滿足密封性要求，對試樣制備給出如下建a)對于外表面光滑的無縫管和焊管，為了能夠通過卡具對薄壁管試樣施加足夠的拉伸載荷，需b)對于焊管，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。建議對確定符合金屬管成形特點的屈服準(zhǔn)則，有利于提高金屬管成形過程中有限元計算的預(yù)測精度。金屬管塑性變形功的測量方法見圖D.1。首先進(jìn)行沿試樣軸向的單向拉伸試驗，以獲得的單軸真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線作為參考確定某一應(yīng)變εEQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5(p),o)（也即是等效應(yīng)變）對應(yīng)的單位體積塑性功Wo。Wo的數(shù)值為真實應(yīng)力-真實塑性應(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）時表示塑性功相等。最后，將多組塑性功相等的應(yīng)力點(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[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