CN107621407B - 一种基于r语言的金属拉伸试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于R语言的金属拉伸试验方法，该系统能够实时读取金属拉伸试验数据，对其进行二次处理，修正异常曲线，精确输出金属拉伸试验参数，优化试验系统。本发明具有基于R语言自动读取试验数据功能，实现了数据自动处理，判定不同异常情况，给予修正结果或终止试验。对打滑后的数据点通过乘以修正因子进行修正，而现有技术中仅是平移，采用本发明方法可有效降低误差。本发明提供了一种基于R语言自动寻找弹性段的方法，自动计算弹性模量，可以通过分析曲线，识别异常试验，废止异常试验；最后，本发明可以通过试验数据库，建模，预测试验机保养周期。

Description

一种基于R语言的金属拉伸试验方法

【技术领域】

本发明涉及一种基于R语言的金属拉伸试验方法。

【背景技术】

金属拉伸试验是评价材料性能的重要试验方法，主要的测量参数有E弹性模量，Rp0.2，Rt0.5/Rt0.6/Rt0.7屈服强度，Rm抗拉强度，A断后伸长率等。这些参数需要基于理想的拉伸应力应变曲线。理想的曲线特征为：载荷和应变同时从零位开始增大，经过弹性变形(直线段)，接着进入连续屈服的圆滑过渡段，随后是稳定的屈服段，达到峰值力后断裂。

在实际试验过程中，由于试样尺寸、试样表面粗糙度、接触式引伸计夹持力等因素，可能导致试验曲线出现异常，主要表现在载荷与应变不能同步从零点开始增大、引伸计打滑。载荷与应变不能同步从零点开始增大分为两种情况，第一种是应变为0时，已经有一定载荷。另外一种情况是对于钢管横向拉伸，试样未完全展平，试验开始阶段，载荷很小但是应变很大。这些会造成屈服点选取不准确，影响试验结果。引伸计打滑是由于试样与引伸计刀口摩擦阻力过小，在上悬臂杆自重的作用下，出现滑动。如果打滑出现在弹性段，将直接影响弹性段的拟合，影响材料弹性模量、屈服强度的结果。任何出现在屈服之前的打滑，都将影响屈服强度的结果。

传统的选择弹性段起点和终点的方法都是根据经验，例如选择30％最大力为弹性段起点，85％最大力为弹性段终点。对于不同的材料，85％最大力作为弹性段终点可能已经过了屈服点，导致屈服强度(规定塑性延伸强度Rp0.2)结果出现偏差。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于R语言的金属拉伸试验方法，该系统能够实时读取金属拉伸试验数据，对其进行二次处理，修正异常曲线，精确输出金属拉伸试验参数，优化试验系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于R语言的金属拉伸试验方法，包括以下步骤：

步骤1)基于R语言实时读取拉伸试验机试验数据，选择/输入试样类型、尺寸、钢级以及性能参数；

步骤2)设定载荷应变采集点的数据间隔阈值ε_e和ε_F，进行曲线异常分析以及修正；其中，ε_e为应变采集点的数据间隔阈值，ε_F为载荷采集点的数据间隔阈值；

步骤3)识别拉伸应力应变曲线弹性段，计算试验结果；其中，识别曲线弹性段时能够根据曲线手动选择弹性段起点和终点，或者自动识别弹性段起点和终点；若根据曲线手动选择弹性段起点和终点，则执行步骤5)；若自动识别弹性段起点和终点，则执行步骤4)；

步骤4)若迭代多次后，仍然夹角大于弹性段计算所需阈值ε_E，则表明试样未完全展平，需要重新加工试样，试验停止；

步骤5)根据弹性段起点与终点，修正曲线零点；

步骤6)根据修正后的曲线得到屈服强度Rp0.2，Rt0.5，弹性模量E。

本发明进一步的改进在于：

步骤2)中，若e_n+1－e_n>ε_e，表明拉伸载荷应变曲线正向打滑，夹持标距L_e变大，需对打滑以后的数据点修正，对数据点乘修正系数α，α＝L_e/(L_e+ε₁)；其中，e为用引伸计标距Le测量的应变增量，e_n+1为第n+1采集点的应变数据，e_n为第n采集点的应变数据，其中n为正整数；

若e_n+1－e_n<ε_e，表明拉伸载荷应变曲线负向打滑，夹持标距L_e变小，需对打滑以后的数据点修正，对数据点乘修正系数α，α＝L_e/(L_e－ε₁)；

若|F_n+1－F_n|>ε_F，表明拉伸过程中出现了卸力，需要对设备进行维护保养，给试样夹具加润滑脂后，再重新试验。

自动识别弹性段起点和终点具体包括以下步骤：

a)设置载荷数据采集起点N₀，迭代速度β，迭代阈值ε_E，根据试验机入口力或试验机力传感器分辨率合理选择力采集起点；迭代速度：0.5<β<0.9；迭代阈取值ε_E<0.5°；选择最大载荷数据采集点N_max，计算k_i，其中，i为正整数，k_i是N_maxβⁱ、N₀两点之间连线的斜率，且N_maxβⁱ>N₀；

b)计算k₀、k₁、k₂、k₃、……、k_i之间的夹角γ₀₁、γ₁₂、γ₂₃、γ₃₄、……、γ_i(i+1)；

c)将γ₀₁、γ₁₂、γ₂₃、γ₃₄、……、γ_i(i+1)依次与ε_E比较，直到找到小于ε_E的夹角γ_i(i+1)，则认为k_i+1即为弹性段，N_maxβⁱ⁺¹即为弹性段终点。

还包括步骤7)对同种材料的多个试样进行结果横向比较，给出材料均匀度结果，并与数据库存储的性能数据对比，标记不合格实验结果。

还包括步骤8)基于大量的试验，根据试验材料的钢级，最大载荷，试样形式，试验是否出现打滑建模，预测试验设备维护保养周期。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明具有基于R语言自动读取试验数据功能，实现了数据自动处理，判定不同异常情况，给予修正结果或终止试验。对打滑后的数据点通过乘以修正因子进行修正，而现有技术中仅是平移，采用本发明方法可有效降低误差。本发明提供了一种基于R语言自动寻找弹性段的方法，自动计算弹性模量，可以通过分析曲线，识别异常试验，废止异常试验；最后，本发明可以通过试验数据库，建模，预测试验机保养周期。

【附图说明】

图1为基于R语言金属拉伸试验系统流程图；

图2为曲线打滑修正示意图；

图3为本发明基于R语言算法的流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-3，本发明能够实时读取金属拉伸试验数据，对其进行二次处理，修正异常曲线，精确输出金属拉伸试验参数，优化试验系统。其方法包括以下步骤：

(1)基于R语言实时读取拉伸试验机试验数据，选择/输入试样类型，尺寸，钢级，性能参数。

(2)对试验载荷应变曲线可视化，设定载荷应变采集点的数据间隔阈值ε_e，ε_F，进行曲线异常分析以及修正。

若|e_n+1－e_n|>ε_e，则表明拉伸载荷应变曲线发生打滑。对于e_n+1－en>0，说明曲线发生正向打滑，引伸计表征的应变忽然变大，可能是引伸计夹持不稳定，下悬臂杆夹持力过小，在自重的作用下，向下发生一定位移。反之，en+1－en<0，说明曲线发生负向打滑，引伸计表征的应变忽然变小，可能是引伸计夹持不稳定，上悬臂杆向下发生一定位移。

若e_n+1－e_n>ε_e，正向打滑。则夹持标距L_e变大，需对打滑以后的数据点修正，对数据点乘修正系数α，α＝L_e/(L_e+ε₁)。

若e_n+1－e_n<ε_e，负向打滑。则夹持标距L_e变小，需对打滑以后的数据点修正，对数据点乘修正系数α，α＝L_e/(L_e－ε₁)。

若|F_n+1－F_n|>ε_F，则表明拉伸过程中出现了卸力，建议对设备进行维护保养，给试样夹具加润滑脂后，再重新试验。

其中，e为用引伸计标距Le测量的应变增量；F为载荷；ε_e为应变采集点的数据间隔阈值；ε_F为载荷采集点的数据间隔阈值；α为修正系数；β为迭代速度，0.5-0.9之间取值，值越小迭代速度越快；ε_E为弹性段计算所需阈值。

(3)识别拉伸应力应变曲线弹性段，计算试验结果。

可以使用两种方法识别曲线弹性段：

i.根据曲线手动识别弹性段起点和终点。

ii.自动识别弹性段起点和终点。

当根据曲线采用手动识别弹性段起点和终点后，执行步骤(5)；

当采用自动识别弹性段起点和终点时，按照以下方法进行：

第一步，设置载荷数据采集起点N₀，迭代速度β，迭代阈值ε_E，可以根据试验机入口力或试验机力传感器分辨率合理选择力采集起点；迭代速度0.5<β<0.9，取值越小，迭代速度越快；迭代阈取值ε_E<0.5°。选择最大载荷数据采集点N_max，计算k_i，其中k_i是N_maxβⁱ、N₀两点之间连线的斜率(要求N_maxβⁱ>N₀)。

第二步，计算k₀、k₁、k₂、k₃、……、k_i之间的夹角γ₀₁、γ₁₂、γ₂₃、γ₃₄、……、γ_i(i+1)；

第三步，将γ₀₁、γ₁₂、γ₂₃、γ₃₄、……、γ_i(i+1)依次与ε_E比较，直到找到小于ε_E的夹角γ_i(i+1)，则认为k_i+1即为弹性段，N_maxβⁱ⁺¹即为弹性段终点。

(4)若迭代多次后，仍然夹角大于ε_E，则表明试样未完全展平，需要重新加工试样，试验作废。

(5)根据弹性段起点与终点，修正曲线零点。

(6)根据修正后的曲线得到屈服强度Rp0.2，Rt0.5，弹性模量E。

(7)对同种材料的多个试样进行结果横向比较，给出材料均匀度结果，并与数据库存储的性能数据对比，标记不合格实验结果。

(8)基于大量的试验，根据试验材料的钢级，最大载荷，试样形式，试验是否出现打滑建模，预测试验设备维护保养周期。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于R语言的金属拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)基于R语言实时读取拉伸试验机试验数据，选择/输入试样类型、尺寸、钢级以及性能参数；

步骤2)设定载荷应变采集点的数据间隔阈值ε_e和ε_F，进行曲线异常分析以及修正；其中，ε_e为应变采集点的数据间隔阈值，ε_F为载荷采集点的数据间隔阈值；

若e_n+1－e_n>ε_e，表明拉伸载荷应变曲线正向打滑，夹持标距L_e变大，需对打滑以后的数据点修正，对数据点乘修正系数α，α＝L_e/(L_e+ε₁)；其中，e为用引伸计标距Le测量的应变增量，e_n+1为第n+1采集点的应变数据，e_n为第n采集点的应变数据，其中n为正整数；

若e_n+1－e_n<ε_e，表明拉伸载荷应变曲线负向打滑，夹持标距L_e变小，需对打滑以后的数据点修正，对数据点乘修正系数α，α＝L_e/(L_e－ε₁)；

若|F_n+1－F_n|>ε_F，表明拉伸过程中出现了卸力，需要对设备进行维护保养，给试样夹具加润滑脂后，再重新试验；

步骤3)识别拉伸应力应变曲线弹性段，计算试验结果；其中，识别曲线弹性段时能够根据曲线手动选择弹性段起点和终点，或者自动识别弹性段起点和终点；若根据曲线手动选择弹性段起点和终点，则执行步骤5)；若自动识别弹性段起点和终点，则执行步骤4)；

自动识别弹性段起点和终点的具体包括以下步骤：

a)设置载荷数据采集起点N₀，迭代速度β，迭代阈值ε_E，根据试验机入口力或试验机力传感器分辨率合理选择力采集起点；迭代速度：0.5<β<0.9；迭代阈值：ε_E<0.5°；选择最大载荷数据采集点N_max，计算k_i，其中，i为正整数，k_i是N_maxβⁱ、N₀两点之间连线的斜率，且N_maxβⁱ>N₀；

b)计算k₀、k₁、k₂、k₃、……、k_i+1之间的夹角γ₀₁、γ₁₂、γ₂₃、γ₃₄、……、γ_i(i+1)；

c)将γ₀₁、γ₁₂、γ₂₃、γ₃₄、……、γ_i(i+1)依次与ε_E比较，直到找到小于ε_E的夹角γ_i(i+1)，则认为k_i+1即为弹性段，N_maxβⁱ⁺¹即为弹性段终点；

步骤4)若迭代多次后，仍然夹角大于弹性段计算所需阈值ε_E，则表明试样未完全展平，需要重新加工试样，试验停止；

步骤5)根据弹性段起点与终点，修正曲线零点；

步骤6)根据修正后的曲线得到屈服强度Rp0.2，Rt0.5，弹性模量E。

2.根据权利要求1所述的基于R语言的金属拉伸试验方法，其特征在于，还包括步骤7)对同种材料的多个试样进行结果横向比较，给出材料均匀度结果，并与数据库存储的性能数据对比，标记不合格实验结果。

3.根据权利要求2所述的基于R语言的金属拉伸试验方法，其特征在于，还包括步骤8)基于大量的试验，根据试验材料的钢级，最大载荷，试样形式，试验是否出现打滑建模，预测试验设备维护保养周期。

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