基于DIC技术的汽车用超高强度双相钢（DP钢）拉伸变形全场应变分布精确分析

一、研究介绍

随着汽车制造技术的飞速发展，对汽车用钢提出了更高的要求，具备超高强度的双相钢成为不可或缺的重要材料。烘烤硬化值是汽车用钢关键的强度指标，对车辆安全性和轻量化设计有着重要作用。

数字图像相关技术DIC作为一种非接触式光学测量手段，通过重建材料表面点在变形前后的三维空间坐标，进而获取形貌与变形信息，与应变片比具有可视化、全场连续动态测量等特点。

利用DIC技术研究超高强双相钢的应变时效机制，有助于掌握材料特征，进一步提高其利用价值。

二、研究概述

研究人员通过超高强度双相钢的拉伸试验，采用新拓三维XTDIC非接触应变测量系统，研究超高强度双相钢拉伸过程的应变场分布。

DIC测试结果显示，由于标距段内几乎没有塑性变形，可以很好的解释采用GB/T 228.1-2021 规定P6试样检测的应力应变曲线所呈现的特殊形貌。

三、双强钢材料与测试设备

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统、有限元分析软件等仪器和设备，研究几种双相钢在不同预应变量、烘烤时间和烘烤温度条件下的应变时效行为。

DIC全场应变测量系统

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，通过将试件变形前后的图像进行对比，通过计算获取变形信息，实现捕捉拉伸试样上的应变分布情况。

XTDIC三维全场应变测量系统，可获得样品表面的位移与应变分布云图，分析样品表面不同点、线、区域等元素的应变信息。

测试样品的形状不在受限于标准试样，可以对复杂形状的实际构件进行测试；整个实验过程应变分布数据可追溯，对整个实验过程进行记录，在试验后可以随时追溯查看整个实验过程。

四、数字图像相关(DIC)研究验证部分

拉伸试样应变分布

采用DIC对比了DP4预应变和烘烤前、后采用 GB/T 228.1- 2021 规定P6拉伸试样测试过程的应变分布状况。

图（a）显示了 DP4 在预变形和烘烤前，拉伸试样的应变扩展到了整个平行段范围，即便是样品的缩颈发生在圆弧过渡的肩部位置，试样的平行段也呈现了均匀的变形分布。

图（b）显示了2%预应变和170℃烘烤后，拉伸过程的应变分布主要集中在圆弧过渡的肩部位置，断裂也发生在该处，而在平行段内几乎未检测到塑性变形。

采用DIC检测的DP4拉伸试样应变分布：（a）预变形和烘烤前的拉伸过程应变分布；（b）2%预应变和170℃烘烤后的拉伸过程应变分布。

为验证分析P6试样和擀面杖形试样的拉伸应变特征，采用FEA和DIC对比分析。

在 FEA模拟分析中，对经2%预应变和170℃烘烤20分钟后的拉伸试样，按照应变量和性能相关性做了不同的分布处理，在应变量高的位置获得了较高的屈服强度。

采用FEA和DIC对DP4 拉伸过程的应变分析结果：

（a）和（e）分别是 FEA 和 DIC对P6试样进行2%预应变拉伸分析；

（b）和（f）分别是 FEA 和 DIC 对 P6 试样的 2% 预应变和 170℃烘烤20分钟后的拉伸分析；

（c）和（g）分别是FEA和DIC对擀面杖形样进行 2%预应变拉伸分析；

（d）和（h）分别是FEA和DIC对擀面杖形样的2%预应变和170℃烘烤20分钟后的拉伸分析。

五、研究结论

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统、有限元分析等手段，对双相钢的应变时效行为展开研究。

从 FEA 和 DIC 的分析结果来看，两者的拉伸试样的应变分布结果几乎一致， 这有利于后续采用 FEA分析试样的断裂行为，研究不同力学性能和试样断裂状态的相关性。

文章摘自：《肖彪 南昌大学物理与材料学院·材料科学与工程 汽车用超高强度双相钢应变时效行为研究》