采用同步全场变形与温度测量方法研究拉伸状态下钢材的热机械行为

采用同步全场变形与温度测量方法研究拉伸状态下钢材的热机械行为

Thermomechanical Behavior of Steels in Tension Studied with Synchronized Full-Field Deformation and Temperature Measurements

拉伸试验虽被广泛用于研究材料的力学行为，但高应变速率下材料会产生非均匀应变且温度持续升高，这使得相关试验的开展难度大幅增加。本研究提出一种融合同步全场立体数字图像相关法（DIC）与红外热成像法（IRT）的测试方法，利用该方法可实现高分辨率表征，精准捕捉四种钢材在2.5×10^-4 ~ 900S^-1 应变速率下受拉过程中试样的局部温度与应变演化规律。

试验采用光学相机立体采集系统与红外相机协同监测，所有设备的采集数据实现同步化，并通过针孔相机模型将所有相机的图像映射至同一三维空间。将数字图像相关法得到的位移矢量场与红外热成像图像进行配准修正，在拉格朗日坐标系下完成温度云图构建。研究以三维瀑布图呈现材料的整体热机械响应特征，该图谱可反映局部应变、温度随试样位置及工程应变的变化规律。

试验结果表明：在较高应变速率（10^-2~ 900S^-1）下，材料发生均匀变形阶段时，温度呈均匀上升趋势；当颈缩现象出现后，局部应变区域的温度会显著升高。在上述应变速率区间内，颈缩过程中局部应变的激增与温度的骤升均出现在相同的整体工程应变值及试样同一位置，印证了二者的时空同步性。本研究提出的测试方法可对低、高应变速率区间内材料的局部应变与温度演化规律进行精准表征。