一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法，包括以下步驟：(1)壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行高柔性絕緣隔熱材料的標(biāo)準(zhǔn)單向壓縮試驗(yàn)；(2)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，進(jìn)行曲線分析；(3)選擇合適的本構(gòu)函數(shù)，擬合高柔性絕緣隔熱材料的參數(shù)；(4)依據(jù)內(nèi)插外推方法，計(jì)算高柔性絕緣隔熱材料受力狀態(tài)的變形量；(5)工程判斷，如果第四步計(jì)算結(jié)果不符合工程實(shí)際，則返回第二步，重新分析曲線，選擇函數(shù)，識(shí)別材料參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算；如果符合工程實(shí)際，進(jìn)入下一步；(6)工程應(yīng)用及推廣，為高柔性絕緣隔熱材料受力變形提供一種工程方法。
【專利說(shuō)明】 一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高柔性絕緣隔熱材料常溫、高溫受力變形計(jì)算方法，具體而言，涉及高柔性絕緣隔熱材料的單向壓縮試驗(yàn)，材料本構(gòu)建模，材料參數(shù)驗(yàn)證及工程應(yīng)用，屬于材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]高柔性絕緣隔熱材料由于具有高溫穩(wěn)定、柔性隨變、絕緣、隔熱等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，在材料先進(jìn)溫?zé)岢尚沃凶鳛閴|層被廣泛使用。尤其是在電流輔助成形時(shí)，由于要絕緣隔熱坯料和模具，經(jīng)常采用高柔性絕緣隔熱材料。但是，由于這種材料的高柔性，材料受力與變形關(guān)系復(fù)雜，呈現(xiàn)高度非線性、卸載能損等特點(diǎn)；并且材料受力變形量大，造成受力墊層材料對(duì)成形零件尺寸影響大的特點(diǎn)。同時(shí)，墊層材料在使用過(guò)程中，電接觸、熱影響、載荷耦合作用，材料使役工況異常復(fù)雜，因此，確定墊層變形對(duì)成形零件尺寸的影響規(guī)律變得非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了建立高柔性絕緣隔熱材料受力變形的本構(gòu)模型，并將其應(yīng)用推廣。
[0004]本發(fā)明需要建立受力墊層變形對(duì)成形零件尺寸的影響規(guī)律，通過(guò)單向壓縮試驗(yàn)、本構(gòu)建模、參數(shù)識(shí)別、擬合仿真、對(duì)比驗(yàn)證等方法，快速確定高柔性絕緣隔熱材料的參數(shù)，從而建立高柔性絕緣隔熱材料的本構(gòu)模型，定量確定墊層變形對(duì)成形零件尺寸的影響。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006](I)針對(duì)高柔性絕緣隔熱材料，在壓力試樣機(jī)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)壓縮試驗(yàn)，獲取材料的單向壓縮數(shù)據(jù)；
[0007](2)根據(jù)步驟(I)獲得的單向壓縮數(shù)據(jù)，繪制材料的壓力-變形本構(gòu)曲線，并就曲線特征進(jìn)行分析；
[0008](3)根據(jù)曲線特征，選擇合適的本構(gòu)函數(shù)，采用“試錯(cuò)法”，擬合高柔性絕緣隔熱材料的參數(shù)；
[0009](4)將步驟(3)確定的材料參數(shù)，帶入步驟(3)的本構(gòu)函數(shù)，確定材料本構(gòu)方程；然后依據(jù)內(nèi)插外推方法，利用確定的材料本構(gòu)方程，計(jì)算高柔性絕緣隔熱材料受力狀態(tài)的
變形量；
[0010](5)工程判斷。如果步驟⑷的計(jì)算結(jié)果不符合工程實(shí)際，則返回步驟(2)，重新分析曲線，選擇函數(shù)，識(shí)別材料參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算；如果符合工程實(shí)際，進(jìn)入下一步；(6)建立高柔性絕緣隔熱材料的本構(gòu)模型，定量確定墊層變形對(duì)成形零件尺寸的影響，并將其進(jìn)行工程應(yīng)用及推廣，為高柔性絕緣隔熱材料受力變形提供一種工程解析方法。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法的優(yōu)點(diǎn)在于:采用了彈塑性力學(xué)本構(gòu)建模的思想，對(duì)高柔性絕緣隔熱材料模型化，采用本構(gòu)建模、參數(shù)識(shí)別、擬合仿真、對(duì)比驗(yàn)證等方法，快速確定高柔性絕緣隔熱材料的參數(shù)，建立高柔性絕緣隔熱材料的本構(gòu)模型，定量確定墊層變形對(duì)成形零件尺寸的影響。該工程方法具有快速化、低成本、簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法的流程圖；
[0013]圖2為高柔性絕緣隔熱材料標(biāo)準(zhǔn)單向壓縮試驗(yàn)圖:
[0014](a)為壓縮試樣圖；
[0015](b)為壓縮試驗(yàn)機(jī)夾頭圖；
[0016]圖3為高柔性絕緣隔熱材料在一個(gè)壓縮循環(huán)周期內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0017]圖4為高柔性絕緣隔熱材料本構(gòu)方程擬合結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比:
[0018](a)加載階段的對(duì)比結(jié)果；
[0019](b)卸載階段的對(duì)比結(jié)果；
[0020]圖5為高柔性絕緣隔熱材料受壓后等效模面示意圖:
[0021](a)高柔性絕緣隔熱材料受壓示意圖；
[0022](b)等效模面示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖1-5和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]本發(fā)明提供了高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法，其流程如圖1所示。
[0025]本發(fā)明步驟如下:
[0026]步驟1:高柔性絕緣隔熱材料選擇Kaowool Paper,壓縮實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用Ametek公司LR30K試驗(yàn)機(jī)，壓縮試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)遵循GB/T7757-93。壓縮試樣厚度為6mm，試樣直徑Φ=52.5mm,見(jiàn)圖2(a)。壓縮試驗(yàn)的速度控制為10±2mm/min,壓縮試驗(yàn)工作部分見(jiàn)圖2(b)。
[0027]步驟2:借助繪圖OriginPro軟件,根據(jù)單向壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制Kaowool材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，見(jiàn)圖3，其中，橫坐標(biāo)表示工程應(yīng)變，縱坐標(biāo)表示工程應(yīng)力。
[0028]分析圖3,可以看出Kaowool材料具有如下特性:
[0029]①工程應(yīng)力在[0，0.7]范圍內(nèi)沒(méi)有大的變化，一直維持在低應(yīng)力水平；
[0030]②工程應(yīng)力在[0.7,0.98]范圍內(nèi)急劇變化，呈現(xiàn)劇烈的單調(diào)遞增趨勢(shì)；
[0031]③材料的加載曲線與卸載曲線并不相同:加載階段的彈性模量小于卸載階段的彈性模量，因此，在偽彈性階段，一部分彈性能轉(zhuǎn)變成塑性能，材料發(fā)生了塑性變形，這是與金屬材料變形的顯著不同之處；
[0032]④卸載后材料的塑性變形工程應(yīng)變約為0.5。
[0033]Kaowool ( 一種陶瓷纖維紙)材料的獨(dú)特變形特性，決定了其本構(gòu)不同于橡膠墊層等超彈性材料的本構(gòu)模型。截止目前為止，由于陶瓷纖維紙使用工況的復(fù)雜性，材料性能的復(fù)雜性，陶瓷纖維紙?jiān)诩虞d、卸載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線并不重合，加載做功導(dǎo)致卸載后材料發(fā)生了塑性變形，因此其本構(gòu)關(guān)系更為復(fù)雜，所以研究陶瓷纖維紙本構(gòu)模型的文獻(xiàn)很少。僅發(fā)現(xiàn)Ramasubramanian M.K.基于材料纖維方向與加工方向之間的夾角建立了一種纖維紙和其它的幾種編織材料的卸載行為的本構(gòu)模型。
[0034]步驟3:根據(jù)本構(gòu)曲線非線性遞增及遞減特征，本發(fā)明采用二次增長(zhǎng)型指數(shù)函數(shù)擬合Kaowool材料的本構(gòu)關(guān)系，擬合函數(shù)形式見(jiàn)式(I)。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，逐一改變參數(shù)值，采用“試錯(cuò)法”擬合材料參數(shù)。最后，方程參數(shù)擬合結(jié)果見(jiàn)表1，方程曲線擬合結(jié)果見(jiàn)圖4。
[0035]σ = σ Q+Apxp ( ε/tj+A2exp ( ε/t2)(I)
[0036]表1Kaowool材料的二次指數(shù)型本構(gòu)方程參數(shù)擬合結(jié)果
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)針對(duì)高柔性絕緣隔熱材料，在材料試樣機(jī)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)常溫單向壓縮試驗(yàn)，獲取材料的單向壓縮數(shù)據(jù)； (2)根據(jù)步驟(I)獲得的單向壓縮數(shù)據(jù)，繪制材料的壓力-變形本構(gòu)曲線，并就曲線進(jìn)行分析； (3)根據(jù)曲線特征，選擇合適的本構(gòu)函數(shù)，采用“試錯(cuò)法”，擬合高柔性絕緣隔熱材料的參數(shù)； (4)將步驟(3)確定的材料參數(shù)，帶入步驟(3)的本構(gòu)函數(shù)，確定材料的本構(gòu)方程；然后依據(jù)內(nèi)插外推方法，利用確定的本構(gòu)方程，計(jì)算高柔性絕緣隔熱材料受力狀態(tài)的變形量; (5)工程判斷。如果步驟(4)的計(jì)算結(jié)果不符合工程實(shí)際，則返回步驟(2)，重新分析曲線，選擇函數(shù)，識(shí)別材料參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算；如果符合工程實(shí)際，進(jìn)入下一步；(6)建立高柔性絕緣隔熱材料的本構(gòu)模型，定量確定墊層變形對(duì)成形零件尺寸的影響，并將其進(jìn)行工程應(yīng)用及推廣，為高柔性絕緣隔熱材料受力變形提供一種工程解析方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法，其特征在于高柔性絕緣隔熱材料是Kaowool Paper、CT1260Paper。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法，其特征在于由于絕緣材料的穩(wěn)定性，在材料的許可使用溫度范圍內(nèi)，用常溫下的本構(gòu)關(guān)系的近似代替高溫下的本構(gòu)關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高柔性絕緣隔熱材料受力變形工程解析方法，其特征在于所述步驟(3)使用的“試錯(cuò)法”，需要根據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)、規(guī)律進(jìn)行試錯(cuò)，進(jìn)而迅速確定材料參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK103760022SQ201410020901
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】肖軍杰, 李東升, 續(xù)明進(jìn), 程光耀, 李宏峰 申請(qǐng)人:北京印刷學(xué)院