本发明涉及延性材料的力学性能测试技术，尤其涉及一种获取延性材料布氏硬度的方法。
背景技术：
1、在物理储能、航空航天和核电等环境中服役的结构，如压力容器，其结构材料因长期在高压、腐蚀等恶劣条件下服役，会受到不同程度的结构损伤和力学性能改变，获取服役结构材料的布氏硬度是对材料结构安全性评价的重要环节。
2、在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前，国内外获取材料布氏硬度的方法主要有定义法和弹塑性半解析方法。
3、(1)定义法:gb/t 231.1-2018《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》中对一定直径的硬质合金球施加规定载荷fb压入试样表面，经规定保持时间后，卸除载荷fb，通过测定载荷fb与残余压痕面积之比表征布氏硬度，并给出了对应的关系式，即
4、
5、式中对不同种类的材料(钢或铝)其残余压痕的面积需单独测定。在实际应用过程中，较为麻烦，且测量结果受测量工具和试验人员的影响较大，难以稳定、准确的获取试验材料的布氏硬度，且取样会对服役结构造成不可逆的损伤。
6、(2)弹塑性半解析方法：通过材料hollomon律参数获取材料布氏硬度的半解析预测模型，即
7、
8、上式中，k和n分别为材料硬化系数和应变硬化指数，k1、k2、k3和k4为模型常数，可通过有限元分析确定。通过上式的半解析方程，借助完整载荷p-位移h曲线确定弹性恢复深度he、残余深度hr和预测弹性段深度he0从而求解材料布氏硬度。但是，对于存在隆起(pile-up)和下沉(sink-in)效应影响的材料布氏硬度，模型稳定性差，预测的精确性不能得到保证。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种对服役容器的材料损伤小，并且稳定性好的获取延性材料布氏硬度的方法，克服了现有布氏硬度试验每次均需测量压痕面积，无法高效、便捷获取材料布氏硬度的困境。
2、为达此目的，一方面，提供了一种获取延性材料布氏硬度的方法，所述获取延性材料布氏硬度的方法包括以下步骤：
3、步骤一：基于复杂应力状态下材料的能量密度与单轴应力状态下材料的能量密度等效，构建球加载头加载下描述试样载荷p-位移h关系的球压入模型；所述球压入模型使用幂指数mb、参数p*、材料的应变硬化系数k、应变硬化指数n和第一组模型常数k1-k4描述；
4、步骤二：基于复杂应力状态下材料的能量密度与单轴应力状态下材料的能量密度等效，构建平面加载头的小冲杆加载下描述试样载荷p-位移h关系的平面加载头的小冲杆试验载荷p-位移h模型；所述平面加载头的小冲杆试验载荷p-位移h模型使用幂指数m、所述参数p*、所述应变硬化系数k、所述应变硬化指数n和第二组模型常数k5-k8描述；
5、步骤三：根据布氏硬度定义，并结合所述球压入模型和所述平面加载头的小冲杆试验载荷p-位移h模型构建获取待测结构材料布氏硬度的布氏硬度预测模型；
6、步骤四：制作与所述待测结构材料相同的圆薄片试样，对所述圆薄片试样进行平面加载头的小冲杆准静态试验，获取所述圆薄片试样的载荷p-位移h曲线；
7、步骤五：取所述圆薄片试样的载荷p-位移h曲线指定段的数据，按平面加载头的小冲杆试验载荷p-位移h模型进行幂律拟合，得到材料的应变硬化系数k和应变硬化指数n；
8、步骤六：将步骤五得到的材料应变硬化系数k和应变硬化指数n代入所述布氏硬度预测模型，得到所述待测材料的布氏硬度预测值。
9、进一步地，所述球压入模型为：
10、
11、式中，p*为特征载荷，p为规定载荷，mb为幂指数，nb为给定值，k为应变硬化系数，d为球压入试验中球的直径，h为球压入的深度。
12、进一步地，所述平面加载头的小冲杆试验载荷p-位移h模型为：
13、
14、式中，b为试样厚度，d为冲孔直径，m为幂指数。
15、进一步地，所述布氏硬度预测模型为：
16、
17、上式hbw为布氏硬度，αi为第三组模型常数，η由标准给出。
18、进一步地，所述第三组模型常数通过步骤四中平面加载头的小冲杆试验获得。
19、进一步地，所述第一组模型常数k1-k4和第二组模型常数k5-k8通过有限元分析分别标定获得。
20、进一步地，适用于物理储能压力容器的测试系统。
21、进一步地，适用于航空航天设备的测试系统。
22、进一步地，适用于核电设备的测试系统。
23、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
24、本方案获取延性材料布氏硬度的方法，克服了现有布氏硬度试验每次均需测量压痕面积，无法高效、便捷获取材料布氏硬度的困境，弥补了传统小冲杆试验获取材料布氏硬度的空白。
25、本方案获取延性材料布氏硬度的方法，采用试样尺寸极小，无需测量压痕尺寸，结果稳定好、精确度高、普适性强。解决了传统硬度试验对存在隆起(pile-up)和下沉(sink-in)效应的材料测量压痕尺寸偏差较大，取样会对在役压力容器造成不可逆的损伤及不同测量仪器测量结果不统一的弊端。
26、同时，本方案的获取弹性材料布氏硬度的方法，由于采用平面加载头的新型加载方式，使得载荷p-位移h曲线简单且稳定性高，能够高效、普适、精确获取延性材料的布氏硬度，特别对储能容器、航空航天、核电等关键工程领域广泛存在的延性材料布氏硬度的获取具有重要意义。
1.一种获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，所述获取延性材料布氏硬度的方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，所述球压入模型为：
3.根据权利要求2所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，所述平面加载头的小冲杆试验载荷p-位移h模型为：
4.根据权利要求3所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，所述布氏硬度预测模型为：
5.根据权利要求4所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，所述第三组模型常数通过步骤四中平面加载头的小冲杆试验获得。
6.根据权利要求1所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，所述第一组模型常数k1-k4和第二组模型常数k5-k8通过有限元分析分别标定获得。
7.根据权利要求1-4任一项所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，适用于物理储能压力容器的测试系统。
8.根据权利要求1-4任一项所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，适用于航空航天设备的测试系统。
9.根据权利要求1-4任一项所述的获取延性材料布氏硬度的方法，其特征在于，适用于核电设备的测试系统。
