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《鋁加工》2017年第5期

摘要:已知不同牌號的鋁材料特性曲線符合同一類型函數關系式，基于室溫恒速度法金屬拉伸試驗法，以6082鋁材作為研究對象進行實驗。分析實驗數據擬合得到該類鋁材應力應變關系通用函數式，并比較平行于纖維方向與垂直于纖維方向的材料性能。

關鍵詞:鋁合金；金屬拉伸試驗；通用函數式；材料性能

當前CAE分析已廣泛成熟地應用在各工業領域，CAE分析部門也是許多企業的重要部門。在針對某款產品的CAE分析過程中，材料的力學性能參數是必不可少的。例如某公司在對其產品———一種汽車懸架控制臂進行剛強度分析時，就需要用到控制臂原材料鋁6082的力學性能參數，包括彈性模量、泊松比、應力—應變曲線等。已知同種類型不同牌號的材料其材料性能參數往往是不同的。在實際生產中若對每一種不同規格牌號的材料都進行一次全面測定，其工作量大，工作周期長，往往難以在規定時期內給出材料的各項性能參數，從而影響工作進程。現通過對比已知不同牌號的鋁材料特性曲線，發現其曲線符合同類型的函數關系式。那么若已知某牌號鋁材料特性曲線的函數關系式，在對該鋁材料其他牌號鋁材料進行測定時，只需測定某些關鍵點數據，代入該類型函數，即可得到其函數表達式，這種方法大大加快了測定速度，縮短了試驗周期。目前因實際生產需要，需知某類鋁材料的函數類型，故擬采用上述思路，先獲取某一牌號鋁材料的應力—應變函數關系式。根據實際條件現選取AL6082作為實驗材料。

1實驗設計

金屬材料的基本力學性能采用靜態拉伸實驗獲取較為準確。根據現有的實驗條件筆者采用室溫恒速度拉伸實驗方法［1］。

1.1實驗試樣

試樣的尺寸、形狀主要由其產品的形成和尺寸所決定。一般而言，其橫截面可以為矩形、圓形、環形等。其橫截面積S0與原始標距L0的關系滿足公式L0=kS槡0。比例系數k通常取為5．65。根據圖1試樣示意圖《金屬材料拉伸試驗方法》(GB/T228．1－2010)及實際工程情況，確定試樣截面為圓形。

1．2試樣取材

因金屬材料的力學性能與材料纖維方向有關，平行纖維方向與垂直纖維方向往往不同。故對一直徑為103mm長度為176mm的AL6082棒料分別進行兩個方向的取樣。

1.3實驗儀器

島津AG－IC100材料試驗機、游標卡尺。

2實驗過程

2．1夾緊力影響分析

圓截面試樣在實驗過程中兩端被夾緊，根據已知，其表面壓強約為64MPa。為確定夾緊力對試樣變形產生的影響，通過CAE分析，大致確定了其影響程度。本文采用Hypermesh對試樣進行夾緊力引起試圖5網格劃分樣標距段變形的影響［5］。首先對試樣進行三維建模，后劃分網格，網格類型C3D4，數量12094。

2．2實驗操作

本試驗選擇的拉伸速度為2mm/min。首先準備好試樣，后選擇合適的夾具及附件。其次對軟件進行數據清零，并輸入當前試樣材質及尺寸。之后夾好試樣，運行軟件并開啟送油閥，開始測試。

3數據分析

3．1真實應力應變值計算

工程應力應變數值并不能準確反映材料在塑性變形階段的力學特征，故需要計算真實應力應變值［2］。

3．2數據擬合與結論

先對平行與纖維方向40份數據進行擬合。通過觀察試樣真實應力應變數據可知，在拉伸的初始階段所得數據變化趨勢不穩定，這是由于變形量小于設備測量精度所致，故須選擇穩定數據用于擬合。而對某一試樣取全部數據擬合既無必要也會因擬合難度大而出現較大誤差。故在數據變化趨勢穩定點至最大拉力點(即抗拉強度點)間，等間隔取數據用于函數擬合［3］。擬合軟件采用Matlab，得40個擬合函數。

4結束語

1)經過試樣設計，試樣規格合理性有限元分析等步驟完成了6082鋁材料的拉伸試驗，并對試驗數據進行分析計算，最終擬合得到一個此類鋁材的應力應變關系通用函數式。

2)就此類鋁材而言，平行纖維方向與垂直于纖維方向材料性能有較大差異，平行方向性能強于垂直方向。

參考文獻

［1］謝曉芳．風力發電葉片用復合材料性能測試標準［J］．玻璃鋼/復合材料，2012(4):91－94．

［2］劉峻，高建和．集裝箱塑料底板材料性能測試［J］．機械制造與自動化，2013，42(4):98－100．

［3］程鵬志，郎利輝，葛宇龍，等．力約束管材自由脹形試驗研究與材料性能測試［J］．北京航空航天大學學報，2015，41(4):686－692．

［4］許雪峰，李娟，張杰剛，等．基于最大m值法的商用5083鋁合金材料性能測試［J］．熱加工工藝，2013，42(10):71－73．

［5］王玉棟，金磊，洪清泉．HyperMesh＆HyperView應用技巧與高級實例［M］．北京:機械工業出版社，2012:151－161．

［6］陳海燕．Abaqus有限元分析從入門到精通［M］．北京:電子工業出版社，2015:130－135.

作者：張志斌；危宇 單位：浙江工業大學