本技术涉及金属板材塑性加工领域，尤其涉及一种开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法。
背景技术：
1、金属薄板结构在交通运输、航空航天、家用电器乃至武器装备等几乎所有工业领域都有着广泛应用，而板材及其成形技术对保证相关产品的质量至关重要。由于受材料性能、成形工艺与模具条件以及变形方式等的影响，在板料成形过程中很容易出现起皱、破裂等缺陷。简单、方便的方板对角拉伸试验能在一定程度上评估板料在不均匀拉伸载荷下抵抗压缩失稳起皱的能力，因此成为目前评估材料起皱性能的代表性方法。但对于较厚、抗弯刚度大且抗拉强度较低的板材(简称fts，如较厚的铝合金)，在进行方板对角拉伸试验时会出现断裂先于起皱的现象，导致方板对角拉伸试验不能正常开展。有学者提出了一种利用单轴拉伸作用下的穿孔板来评价具有更复杂面内应力状态的板料起皱性能的概念，使试件能够在试件断裂前诱导产生足够的面内压应力促使板材发生起皱行为。但是在探究材料起皱行为时，何时采用常规方板对角拉伸试验手段，何时又须辅助开孔手段；以及采用带孔方板对角拉伸试验时，孔洞形状、临界开孔尺寸等尚不明确。
技术实现思路
1、为了克服现有理论的不足，本发明提出了一种开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，扩充了方板对角拉伸试验的材料适用范围，为采用开孔方板对角拉伸试验评估较厚、抗弯刚度大且抗拉强度较低板材的抗皱性能时，无法确定临界起皱孔径尺寸的问题提供了新的解决思路，弥补了现有技术的不足，能够准确的得到方板对角拉伸试验临界起皱孔径。
2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：
3、具体地，本发明提供一种开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其包括以下步骤：
4、s1、获取材料参数以及常规方板对角拉伸试件的幅面尺寸参数：
5、材料参数包括屈服强度σs、弹性模量e、屈服后应变增量0.02的塑性模量e'以及抗拉强度σb；常规方板对角拉伸试件的幅面尺寸参数包括厚度t、夹持端宽度2b、横向长度a、试件有效区域长度2l、圆角半径尺寸rp、圆角角度θc、横向有效长度ah以及圆角两边长的有效垂直距离h；
6、s2、判断方板对角拉伸试验试件是否产生起皱前的断裂行为：
7、利用基于全量理论的起皱平衡微分方程、能量法理论计算试件的中心有效区域受力以及基准应力σ0，中心有效区域受力包括板材起皱时x方向载荷nx以及板材起皱时y方向载荷ny，σ0＝ny/t，之后利用圆角区应力集中系数公式计算峰值应力σm，判断σm是否大于抗拉强度σb，若σm小于σb则推断该试件未产生起皱前的断裂行为，采用方板对角拉伸试验评估其抗皱性，若σm大于σb则推断试件在起皱前产生断裂，进入步骤s3并执行步骤s3-s5进行开孔方板对角拉伸试验得到临界起皱孔径dcr，并评估板材抗皱性；
8、s3、建立基于孔径dt的试探函数，并确定满足σm＜σb时的临界起皱孔径dcr：
9、预设该板材的孔径为dt，依据步骤s2的判断结果并引入刚度折减系数建立关于孔径的试探函数σm＝f(dt)，以等差数列dt＝i，i＝1,2,3…为孔径数值代入试探函数σm＝f(dt)中，求解满足σm＜σb时的临界起皱孔径dcr，即满足试件未产生起皱前的断裂行为；
10、s4、在临界起皱孔径dcr下计算关于板材易起皱点的应力值与临界起皱应力的起皱理论判据δ：
11、以步骤s3计算的临界起皱孔径dcr计算过程中的中心有效区域受力nx以及ny为受力边界条件，采用复分析与切比雪夫多项式理论得出开孔方板对角拉伸试验试件孔周围的应力分布函数，并提取板材易起皱点的应力值σa，将其与临界起皱应力σcr作差得到起皱理论判据δ；其中σcr＝nx/t；δ＝σa-σcr；
12、s5、利用起皱理论判据δ判断试件能否产生起皱行为：
13、若δ＞0，则表明试件能够产生起皱行为，dcr即为临界起皱孔径，若δ≤0，则表明试件不能产生起皱行为，则需要调整预设孔径尺寸dt后重复步骤s3-s5，直至出现符合σm＜σb及δ＞0的临界起皱孔径dcr。
14、优选地，所述步骤s2中的基于全量理论的起皱平衡微分方程、能量法理论分别具体为：
15、起皱平衡微分方程：
16、其中，d'为塑性变形阶段的抗弯刚度，其值为d'＝e't3/9；m＝n＝1，依据方板对角拉伸试验试件起皱仅在x方向产生1个皱纹近似认为m＝n＝1；t为板材厚度；
17、能量法理论求解的x方向起皱载荷公式为：
18、其中，σxp为材料屈服时x方向的应力，由米塞斯屈服准则推导；
19、米塞斯屈服准则为：
20、其中，σy为材料屈服时y方向的应力，基于板材起皱的小挠度理论得到起皱时σy＝ny/t。
21、优选地，所述步骤s2中的有效区域的y向边长2l延伸至幅面边界处，借助圆角区应力集中系数公式计算圆角处的应力峰值，从而判断夹持端的断裂状态。
22、优选地，所述步骤s2圆角区应力集中系数公式由下式表征：
23、
24、其中，e为自然对数函数的底数；αθ为圆角角度θc＝θ时的应力集中系数。
25、优选地，所述步骤s3中刚度折减系数η表述为：
26、
27、优选地，所述步骤s3中起皱平衡微分方程、能量法理论以及全量理论对于开孔板来说应参照刚度折减系数进行调整：
28、开孔方板对角拉伸试验试件临界起皱载荷
29、开孔方板对角拉伸试验试件y方向载荷
30、优选地，所述步骤s3中的试探函数σm＝f(dt)由起皱平衡微分方程、能量法理论、全量理论、刚度折减理论的变体方程组给出：
31、
32、其中，
33、优选地，所述步骤s4中复分析与切比雪夫多项式理论得出开孔方板对角拉伸试验试件孔周围的应力由两部分相加得到，其中复分析手段表征的孔周围应力分布函数如下：
34、
35、
36、
37、其中，t＝v+1，v为有效区域边界所受载荷的比值，v＝-ny/nx；θ为极坐标系下，极轴与面内任一点的角度。
38、优选地，切比雪夫多项式理论得到的孔周围应力分布结合孔应力集中修正公式得到，修正后的水平方向孔边界应力值σ′x0为：
39、
40、其中，为复分析手段得到的水平方向孔边界应力值；为复分析手段得到的孔边界应力最大值，σx0为由切比雪夫多项式理论得到的水平方向孔边界应力值。
41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
42、(1)本发明的方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法填补了界定起皱行为先于断裂的方板对角拉伸试验试件临界起皱孔径理论的研究空白，提出了一种全新的方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，通过该方法能够准确高效确定试件临界起皱孔径dcr。
43、(2)本发明提供了一种基于方板对角拉伸试验的抗皱性评估方法，通过比较不同材料临界起皱孔径dcr的大小，相同条件下，临界起皱孔径dcr越小，材料抗皱性越差，该方法针对已知材料参数的方板对角拉伸试验试件的抗皱性评估效率高，无需再进行方板对角拉伸试验，通过计算即可得到不同fts材料的抗皱性高低，简化了试验流程、提高了工作效率且能够保证试验结果的准确度。
44、(3)本发明基于实证性研究，首次提出了一种依据任意孔洞形状的准确界定起皱失稳先于破裂失稳的方板对角拉伸试验试件临界开孔尺寸的方法。通过理论分析深入探讨开孔方板件的临界起皱行为(特别是fts材料)，扩充了方板对角拉伸试验的材料适用范围，同时优化了方板对角拉伸试验试件的幅面尺寸及试验的操作流程，提出了新的抗皱性评估指标(比较孔径尺寸大小)，为方板对角拉伸试验提供了重要的理论指导。
1.一种开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：所述步骤s2中的基于全量理论的起皱平衡微分方程以及能量法理论分别具体为：
3.根据权利要求1所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：所述步骤s2中的有效区域的y向边长2l延伸至幅面边界处，借助圆角区应力集中系数公式计算圆角处的应力峰值，从而判断夹持端的断裂状态。
4.根据权利要求3所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：所述步骤s2圆角区应力集中系数公式由下式表征：
5.根据权利要求1所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：所述步骤s3中刚度折减系数η表述为：
6.根据权利要求1所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：所述步骤s3中起皱平衡微分方程、能量法理论以及全量理论对于开孔板来说应参照刚度折减系数进行调整，其中：
7.根据权利要求1所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：所述步骤s3中的试探函数σm＝f(dt)由起皱平衡微分方程、能量法理论、全量理论、刚度折减理论的变体方程组给出：
8.根据权利要求1所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：所述步骤s4中复分析与切比雪夫多项式理论得出开孔方板对角拉伸试验试件孔周围的应力由两部分相加得到，其中复分析手段表征的孔周围应力分布函数如下：
9.根据权利要求8所述的开孔方板对角拉伸试验临界起皱孔径确定方法，其特征在于：
