(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210954969.7 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 武汉钢铁有限公司 地址 430083 湖北省武汉市青山区厂前2号 门股份公司机关 (72)发明人 刘渊媛　董蓓　余立　陈寅　魏星　 陈明　黄全伟　 (74)专利代理 机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 专利代理师 赵龙骧　田辉云 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 超高强钢动态断裂特性的表征测试方法 (57)摘要 本发明涉及一种超高强钢动态断裂特性的 表征测试方法， 根据现有设备技术参数及超高强 钢强度高、 韧性相对较低的特点， 设计拉伸条件 下具有不同应力状态的试样， 根据应力三轴度从 小到大为剪切、 拉剪、 单向拉伸、 单孔拉伸、 及不 同尺寸缺口试样， 并根据不同试样在不同应变速 率下的断裂特性设计相应试验矩阵， 完成超高强 钢动态断裂性能的试验表征。 试验采用3D非接触 式高速摄像光学应变采集系统， 同步记录试验 过 程中试样变形， 采集材料不同应力状态及速率下 失效数据， 数据经处理可在后续数值模拟分析中 对相应模型进行标定， 完成精准化建模。 本发明 充分利用设备特点， 为后续碰撞模拟分析提供数 据支持， 大大提高车身安全设计评估的效率， 有 效降低成本 。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115420600 A 2022.12.02 CN 115420600 A 1.一种超高强钢动态断裂特性的表征测试 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 根据拉伸条件下具有不同平面应力状态制作不同的试样， 用酒精清洁试样表面， 在 需测试面均匀喷上一层白色哑光漆， 待白漆干后均匀喷上黑色散斑； S2： 安装试样， 3D高速摄像机对准试样喷散斑表面， 根据试样、 测试速率设置试验仪器 相关参数， 同步触发测试与应变采集系统， 进行动态拉伸测试， 通过试样形状、 尺寸设计的 不同， 模拟材 料在不同受力环境下的断裂 状态； S3： 按照拉伸条件下不同平面应力状态的试样， 每一种试样0.1/s～100/s不同速率， 及 不同速率对应的最小采样频率、 采样时间参数进行 试验， 形成试验矩阵； S4： 使用A RAMIS应变处理系统对采集到的载荷、 变形数据进行处理， 选择最终 断裂区域 得到其力 ‑位移关系 、 断裂应变所需数据， 为后续CAE模拟提供 数据支撑 。 2.根据权利要求1所述的超高强钢动态断裂特性的表征测试方法， 其特征在于： 步骤S1 中， 根据拉伸条件下具有不同平面应力状态制作不同的试样， 分别为剪切试样、 拉剪试样、 单向拉伸试样、 单孔拉伸试样和不同尺寸的圆弧形缺口试样。 3.根据权利要求1所述的超高强钢动态断裂特性的表征测试方法， 其特征在于： 步骤S2 中， 测试过程需采集300～500个或更多 数据点， 以保证进 行准确的应变计算， 且尽可能采集 到距离断裂瞬 间时间点更近的数据。 4.根据权利要求1所述的超高强钢动态断裂特性的表征测试方法， 其特征在于： 采样频 率的设计需使得剪切试样和拉剪试样测试时， 能采集到足够多数据； 采样时间的设计需使 得单孔拉伸试样和单向拉伸试样测试时， 足够完成采样。 5.根据权利要求4所述的超高强钢动态断裂特性的表征测试方法， 其特征在于： 步骤S3 中， 0.1/s测试采样频率不低于125Hz， 采样时间不短于10000ms； 1/s测试采样频率不低于 1500Hz， 采样时间不短于2 000ms； 10/s测试采样频率不低于7000Hz， 采样时间不短于800ms； 100/s测试采样频率 不低于93 000Hz， 采样时间不短于20 0ms。 6.根据权利要求1所述的超高强钢动态断裂特性的表征测试方法， 其特征在于： 使用外 接3D非接触式高速摄光学应变采集系统， 同步跟踪测试过程中试样表面散斑变形位移情 况， 从而得到全场应 变， 获得准确的高速拉伸性能曲线。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115420600 A 2超高强钢动态断裂特性的表征测试方 法 技术领域 [0001]本发明涉及材料测试领域， 尤其涉及一种超高强钢动态断裂特性的表征测试方 法。 背景技术 [0002]随着国内汽车用钢品种的逐渐完善， 我国汽车工业的发展得到了有力的材料基础 支持。 在汽车自主研发的过程中， 材料性能的描述及其准确 程度是非常重要的考察内容之 一。 现阶段在塑性加工领域中， 关于钢材本构关系中应变 率的影响主要集中在0～100s‑1。 而 针对努力提高车身结构安全性的研究而言， 在典型的汽车正面碰撞测试中的应变率最高可 达1000s‑1。 由于碰撞测试的成本高、 效率低等原因， 车身设计开发过程采用CAE碰撞失效模 拟完成对材料及结构安全性能的评估。 而为实现碰撞失效模拟， 需运用基于失效准则的材 料本构模型， 并通过完备的试验矩阵对材 料模型进行 标定。 [0003]现有失效模拟及试验矩阵多集中于准静态测试环境下， 并不能完全精准表征碰撞 过程动态断裂特性。 因此在准静态断裂特性表征试验的基础上， 高应变率下的试验研究， 对 汽车板钢材， 尤其是基于安全及环保轻量化考虑而逐渐增加使用的超高强钢碰撞性能表征 将起到很好的促进作用。 [0004]本单位现有液压伺服高速拉伸试验机， 可进行汽车板软钢、 高强钢、 超高强钢 及镁 合金、 铝合金等的高应变速率拉伸试验。 设备的最大载荷为50KN， 最大试验速率为20m/s， 最 大采样频率10MHz， 最大横梁位移250mm。 动态力 学性能的表征多根据试验机特点设计 “工” 字型试样单向拉伸， 得到 拉伸过程应力应变、 力位移关系曲线。 而动态断裂特性表征需设计 一系列不同应力状态试样， 并根据试样设计相应试验矩阵， 得到力位移曲线及断裂应变等 金属材料断裂模型 所需的试验数据。 发明内容 [0005]为解决以上问题， 本发明提供一种超高强钢动态断裂特性的表征测试方法， 充分 利用设备特点， 操作简单， 结果准确， 为后续碰撞模拟分析提供数据支持， 大大提高车身安 全设计评估的效率， 有效降低成本 。 [0006]本发明采用的技术方案是： 一种超高强钢动态 断裂特性的表征测试方法， 其特征 在于： 包括以下步骤： [0007]S1： 根据拉伸条件下具有不 同平面应力状态制作不同的试样， 用酒精清洁试样表 面， 在需测试面均匀喷上一层白色哑光漆， 待白漆干后均匀喷上黑色散斑； [0008]S2： 安装试样， 3D高速摄像机对准试样喷散斑表面， 根据试样、 测 试速率设置试验 仪器相关参数， 同步触发测试与应变采集系统， 进行动态拉伸测试， 通过试样形状、 尺寸设 计的不同， 模拟材 料在不同受力环境下的断裂 状态； [0009]S3： 按照拉伸条件下不同平面应力状态的试样， 每一种试样0.1/s～100/s不同速 率， 及不同速率对应的最小采样频率、 采样时间参数进行 试验， 形成试验矩阵；说　明　书 1/4 页 3 CN 115420600 A 3