基于激光冲击波技术的材料屈服强度检测方法

摘要

本发明提供了一种基于激光冲击波技术的材料屈服强度检测方法，利用应变片检测激光冲击加载材料的动态应变数据，根据采集的动态应变数据和材料的Johnson-Cook动态本构模型求解材料的动态应力-时间曲线，曲线中动态应力不随时间变化的数值即为材料的屈服强度。本发明与现有的测量方法相比，方法简单，不需要专门的设备和标准试样，测量原理明显，能直接进行理论求解。激光冲击波瞬时冲击加载为非接触式加载，作用力大，材料变形量较大，测量结果为加载部位材料的屈服强度，尤其适用于受冲击载荷材料的力学性能参数标定。

主权项

1.一种基于激光冲击波技术的材料屈服强度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）利用激光冲击波冲击材料表面，同时采用动态应变仪采集不同时间时三个应变片的动态应变数据；所述三个应变片粘贴在材料冲击面的背面，三个应变片轴线交于一点，交点与冲击面的光斑中心对应，三个应变片的粘贴位置与交点的距离不小于激光冲击光斑半径；所述材料受冲击区域涂有吸收层，吸收层上覆盖约束层；（2）利用某一时间点的动态应变数据，求解该时间点的最大主应变ε₁和最小主应变ε₂；将步骤（1）采集的动态应变数据代入公式（1）和公式（2）求解ε₁和ε₂；${ϵ}_{{\alpha }_i}=\frac{{ϵ}_x+{ϵ}_y}{2}+\frac{{ϵ}_x-{ϵ}_y}{2}{\cos 2\alpha }_i-\frac{{\gamma }_{\mathrm{xy}}}{2}{\sin 2\alpha }_i---\left(1\right)$${ϵ}_{\mathrm{1,2}}=\frac{{ϵ}_x+{ϵ}_y}{2}\pm \sqrt{{\left(\frac{{ϵ}_x-{ϵ}_y}{2}\right)}^2+{\left(\frac{{\gamma }_{\mathrm{xy}}}{2}\right)}^2}---\left(2\right)$其中，i分别为1、2和3；和分别为相邻两个应变片的夹角，α₁、α₂和α₃分别为三个应变片的动态应变数据；（3）求解等效应变；将步骤（2）中的得到的最大主应变ε₁和最小主应变ε₂代入公式（3）求解等效应变ε；$ϵ=\frac{2}{3}\sqrt{{ϵ}_1^2-{ϵ}_1{ϵ}_2+{ϵ}_2^2}---\left(3\right)$（4）根据材料的Johnson-Cook动态本构模型求解动态应力；所述Johnson-Cook动态本构模型表达式为：$\sigma =[A+{\mathrm{Bϵ}}^n][1+{C\ln \stackrel{·}{ϵ}}^{*}]---\left(4\right)$其中，σ为动态应力，A、B、C为材料强度相关系数，为无量纲化应变率变量，n为应变硬化指数，ε为步骤（3）中得到的等效应变；（5）重复执行步骤（2）-（4），直至遍历所有时间点；（6）将动态应力σ绘制成动态应力-时间曲线，所述动态应力-时间曲线中动态应力不随时间变化的数值即为材料的屈服强度。