利用管状试样测试各向异性材料双向应力状态力学性能的新方法

林艳丽¹，何祝斌²，初冠南¹，闫永达³

1. 哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院2. 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院3. 哈尔滨工业大学精密工程研究所

摘 要：为解决各向异性材料双向加载性能测试理论模型存在的测试物理量过多且实测困难的问题,提出了一种采用管状试样胀形直接测试双向加载力学性能的新方法:一点法。利用圆几何轮廓线为显性函数表达式的特征,推导了胀形过程中最高点轴向曲率半径和壁厚理论模型。仅需在胀形过程中测量最高点胀形高度,即可获得材料双向加载下的力学性能,为建立一个简单可靠且能在线实时测量的材料力学性能测试方法奠定了基础。并利用所建立的测试方法进行了AA6061铝合金挤压管坯的胀形实验。结果表明:管坯自由胀形时,其最高点实时壁厚和曲率半径均可表示为最高点胀形高度的显示函数。轮廓形状理论模型的预测精度随膨胀率的增大先提高后降低,膨胀率约为13%时预测精度最高,当膨胀率超过20%后,预测精度开始下降,但最大误差不超过±0.9%。最高点实时壁厚理论模型的预测精度基本不受试件几何尺寸的影响,长径比和径厚比改变时,差异很小,预测误差均不超过0.8%,这对保证双向加载条件下的力学性能测试精度是非常有益的。一点法可同时测得环向和轴向的应力应变分量,这为进一步分析各向异性对复杂应力状态下材料的流动及后继屈服奠定了基础。

关键词：铝合金挤压管;各向异性;胀形实验;应力-应变曲线;双向应力状态;