在役设备材料断裂力学参数测定方法综述--小冲杆实验力学研究进展之二

20多年以来, 用小型试件的小冲杆实验技术来测量在役设备材料的各种力学参数已经取得了很大进展. 小冲杆实验的试样虽然还没有标准, 但一般均采用直径为3～10mm,厚度为0.1～0.5mm的圆片试样.这个方法已经用来确定材料的弹性模量、屈服强度、塑性性能、抗拉强度、断裂形态转变温度、断裂韧性、蠕变性能以及表示塑性硬化和韧性损伤的微观力学参数和黏塑性性能等各种力学性能.该方法兼具取样方便和几乎无损的优点,非常适用于那些无法取出传统试样或取样不经济的场合,因此引起科技界和工业界的关注.本文综述了小冲杆试验的测量技术及从测量数据来确定材料断裂形态转变温度、断裂韧性和主曲线的移动温度的各种计算方法研究进展.     

小冲杆试验确定材料拉伸断后伸长率的研究

小冲杆试验技术可以近似无损地测试材料的力学性能.本文对几十种材料进行了小冲杆试验研究,对小冲杆试样的抽向挠度δ与拉伸断后伸长率A进行了经验关联.研究表明,对于试验中涉及的几十种材料,二者之间没有统一的线性相关公式,但可以按材料的杭拉强度和屈强比将材料分类,然后分别对δ和A进行线性关联.对于抗拉强度小于600MPa的材料...     

基于BP神经网络与小冲杆试验确定在役管道钢弹塑性性能方法研究

为了能够在不停输油气工况下获得在役管道材料的弹塑性力学性能,提出了一种人工智能BP (backpropagation)神经网络、小冲杆试验与有限元模拟相结合,通过确定材料真应力-应变曲线从而获得材料弹塑性力学性能的方法.首先,通过系统改变Hollomon公式中的参数K, n值,获得457组具有不同弹塑性力学性能的假想材料本构关系,其次,将得到的本构关系代入经试验验证的含有Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤参数的小冲杆试验二维轴对称有限元模型,通过有限元计算得到了与真应力-应变曲线一一对应的457条不同假想材料的载荷-位移曲线,最终将两组数据作为数据库输入BP神经网络进行训练,建立了同种材料小冲杆试验载荷-位移曲线与真应力-应变曲线之间的关联关系.通过此关联关系,可利用试验得到的小冲杆载荷-位移曲线获取在役管道钢的真应力-应变曲线,从而确定其弹塑性力学性能.通过对比BP神经网络得到的X80管道钢真应力-应变曲线与单轴拉伸试验的结果以及引用现有文献中不同材料的试验数据对此关系进行验证,证明了该方法的准确性与广泛适用性.     

基于BP神经网络与小冲杆试验确定在役管道钢弹塑性性能方法研究

为了能够在不停输油气工况下获得在役管道材料的弹塑性力学性能, 提出了一种人工智能BP (back-propagation)神经网络、小冲杆试验与有限元模拟相结合,通过确定材料真应力-应变曲线从而获得材料弹塑性力学性能的方法. 首先,通过系统改变Hollomon公式中的参数$K$, $n$值,获得457组具有不同弹塑性力学性能的假想材料本构关系, 其次,将得到的本构关系代入经试验验证的含有Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤参数的小冲杆试验二维轴对称有限元模型,通过有限元计算得到了与真应力-应变曲线一一对应的457条不同假想材料的载荷-位移曲线,最终将两组数据作为数据库输入BP神经网络进行训练,建立了同种材料小冲杆试验载荷-位移曲线与真应力-应变曲线之间的关联关系.通过此关联关系,可利用试验得到的小冲杆载荷-位移曲线获取在役管道钢的真应力-应变曲线,从而确定其弹塑性力学性能.通过对比BP神经网络得到的X80管道钢真应力-应变曲线与单轴拉伸试验的结果以及引用现有文献中不同材料的试验数据对此关系进行验证,证明了该方法的准确性与广泛适用性.      

小冲杆高温蠕变试验平台在力学实验教学中的应用

传统的蠕变力学实验方法已无法满足新工科背景下本科生与研究生创新性实验教学的需要,为了使本科生与研究生在开放性实验教学中掌握力学实验分析的基本方法与技能,基于小冲杆试验技术建立了一套微试样高温蠕变试验系统.该系统作为一个科研平台,由常规单轴蠕变试验机与独立设计制造的微试样试验装置构成,能够为无法制备常规标准试样的新材料或...     

小冲杆试验的有限元模拟中GTN模型参数的确定

GTN模型参数的选择一直是小冲杆模拟中一个至关重要的环节,其正确与否直接影响着模拟得到的载荷-位移曲线的正确性。以16MnR材料作为研究对象,结合拉伸试验与小冲杆试验的实验结果,逐步确定出有限元模拟中的GTN模型参数。本文重点介绍了参数fN,fc,ff的确定方法。结果发现,拟合的载荷位移曲线不具有唯一性。为了验证所用方法的正确性,增加了试样断后减薄率作为另一评判标准。这一做法后来证明是可行的。这说明载荷位移曲线不能作为判断GTN参数正确的唯一准则,而增加的断后减薄率作为另一判断标准,对此方法有很好的辅助作用。上述结果可为小冲杆实验的有限元模拟夯实基础。     

基于厚度法确定小冲杆试验能量转变温度

以A106管材钢为研究对象,进行了小冲杆断裂试验,获得断后试样的最小厚度;在对试样断裂后的变形分析中,建立了试样厚度减薄率与温度的关系,规避了低温试验中载荷和位移测量不准确导致小冲杆能量转变温度不确定的问题。结果表明:基于厚度法可以准确确定小冲杆断裂试验的能量转变温度;小冲杆断裂试验后,试样最薄厚度的减小率与温度曲线关系呈现S型,有上平台、转变区、下平台三个典型区域;根据厚度减薄率与温度曲线关系可以得到小冲杆的能量转变温度。采用厚度法得到的小冲杆断裂试验的转变温度与能量法获得的结果基本一致。     

小冲杆试验技术研究现状与展望

小冲杆试验(small punchtest,SPT)技术是一种应用于工业设备剩余寿命预测和结构完整性评定的新技术.其特点是只需要在设备的表面刮取少量的材料作为试样,然后用小冲杆试验便可以确定该在役材料的弹性模量、 屈服强度、塑性性能、 抗拉强度、 韧-脆转变温度、 断裂韧度、蠕变性能和黏塑性性能等各种力学性能和损伤程度,从而为结构的剩余寿命预测和完整性评定提供可靠的依据. 此外,该技术的取样和试验都相当简单易行, 试件取样后无须对设备修复.该技术自20世纪80年代初提出以来, 已经有了长足的进展,在美国、欧洲、日本和澳洲的核反应堆和电站设备的评定中得到应用,其相应的规范也在建立之中.该文旨在对国内外在该领域的研究成果作一个综述,并对该技术如何在工程实践中推广应用,以及建立中国标准提出相应的建议.      

二维材料实验力学综述

以石墨烯为代表的二维材料因其原子级厚度、独特物理性质,成为近年来物理、化学、材料交叉学科的研究热点,在合成制备、结构表征、应用开发等方面的研究工作表明其在微纳机电系统、光电器件与功能复合材料领域有广泛且重要的应用前景。然而,由于二维材料结构与尺度的独特性,在其基本物性的理解方面仍存在许多未解决的问题,尤其是力学性能的表征,面临着诸多挑战。本文综述了二维材料本征力学性质和界面力学行为的微纳测试与表征技术的最新进展,例如纳米压痕技术、微孔鼓泡法等,并详细探讨了影响二维材料力学性能及行为的主要因素,分析了其微观尺度下的作用机制,以期通过物理或化学手段实现力学性能的调控。     

综述：微纳米尺度材料与结构的原位疲劳实验及性能研究进展

随着集成电路芯片、传感器、柔性电路系统、微/纳机电系统等微机械装置向集成化和小型化不断发展,如何预测其内部微纳米尺度结构和材料的机械性能及其可靠性成为了制约上述微机械装置进一步发展和应用的关键问题之一。在这些装置的长期使役过程中,微纳米尺度材料的疲劳性能又成为了近年来人们关注的热点问题。针对上述问题,首先,调研了与微纳米尺度材料原位疲劳实验方法和疲劳性能研究有关的文献。然后,总结了微纳米尺度原位疲劳实验方法和疲劳性能的研究现状,包括含有孪晶组织金属、梯度组织或粗细晶金属以及在单轴、多轴应力状态下的金属疲劳性能研究,并归纳了微纳米尺度界面疲劳损伤行为的研究现状。最后,对微纳米尺度材料的疲劳性能研究进行了展望,提出了对未来发展方向的思考。     

基于小冲孔试验的S30403高温力学性能研究

小冲孔试验技术(Small Punch Test,SPT)具有取样简单快捷、经济效益好、近乎无损等优势.介绍了基于弹性能量理论预测材料屈服强度的小冲孔能量法,对试验原理及步骤进行了详细的阐述.在验证试验重复性很好的基础上对S30403不锈钢进行小冲孔能量法试验,通过试验结果和常规拉伸试验结果的对比,证明了能量法的可行性.同时利用100℃、200℃、300℃温度条件下的小冲孔试验数据对已有能量法公式进行修正,使得能量法在高温条件下同样适用.     

SUS304材料的小冲孔蠕变试验研究

小冲孔蠕变试验技术是一种采用微小试样、近乎无损地评定材料高温力学性能的新方法,本文应用小冲孔蠕变试验技术评定SUS304材料的高温力学性能。在不同温度下,对SUS304奥氏体不锈钢进行载荷范围为443N～513N的小冲孔蠕变试验,得到材料在不同试验条件下的蠕变曲线,通过中断试样的扫描电镜观察分析了试样的变形过程,讨论了影响小冲孔蠕变试验的主要因素。试验结果表明,从小冲孔实验获得的蠕变曲线与传统单轴拉伸蠕变实验的蠕变曲线具有一致性,都具有三个明显的蠕变阶段,利用小冲孔蠕变试验技术测试材料的高温性能是可行的。试验载荷越大,试样瞬时变形挠度越大,蠕变第二阶段速率越快,断裂时间越短。载荷、温度、试样厚度、环境是小冲孔试验的主要影响因素,对试验结果影响很大。     

用直径圆盘试验评价小样品塑料粘结炸药拉伸性能的初步研究

在圆盘试验的力学模型基础上 ,测定了JB90 14等七种TATB基PBX的间接拉伸性能 ,为进一步完善该方法做了初步研究。结果显示 :所有PBX均产生中心开裂现象 ,与该模型预测一致 ;同时该测试方法能有效地反映出JB90 14及其经不同改性后得到的三种PBX的整体力学性能变化趋势。这说明圆盘试验方法适用于PBX。通过比较这七种PBX拉伸性能 ,认为JB90 14及其改性的JB90 14 G1应值得注意。     

A New Method for Establishing Pseudo Orthogonal Properties of Eigenfunction Expansion Form in Fracture Mechanics

A new and simple method is developed to establish the pseudo orthogonal properties (POP) of the eigenfunction expansion form (EEF) of crack-tip stress complex potential functions for cracked anisotropic and piezoelectric materials, respectively. Di?erent from previous research, the complex argument separation technique is not required so that cumbersome manipulations are avoided. Moreover, it is shown, di?erent from the previous research too, that the orthogonal …     

干涉应变计法在焊缝材料力学性能测试中的应用

在焊接结构中,焊缝的不同区域(如热影响区和熔合区)的材料力学性能对整个结构的安全性、可靠性起着至关重要的影响。本文介绍了用于高精度应变测量的干涉应变计法(ISDG),并利用自行研制的微小试样拉伸试验机,对20Cr合金钢压力容器中部分焊缝材料,分热影响区和熔合区对其材料力学性能进行测试,在国内首次获得了焊缝不同区域的全历程应力-应变曲线,对热影响区材料的软化现象进行了定量的描述。