李思銳

四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測研究院

金屬材料力學(xué)性能測試方法發(fā)展探討

李思銳

四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測研究院

通過對金屬材料理學(xué)性能的檢測試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)將金屬材料在試驗(yàn)中站展現(xiàn)出來的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行了分析。對未來金屬材料的檢測數(shù)據(jù)，通過素材數(shù)據(jù)庫里的資料進(jìn)行搜尋，最終建立了力學(xué)檢測數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫中參數(shù)關(guān)聯(lián)起來。模擬金屬材料，改變自身形狀，將理學(xué)性能數(shù)據(jù)改變?yōu)橛?jì)算機(jī)模擬軟件中的金屬構(gòu)建，構(gòu)建出現(xiàn)實(shí)中金屬材料的模型的力學(xué)性能，并最終得到直接有效的指導(dǎo)。

金屬材料；力學(xué)有限元模擬；應(yīng)力應(yīng)變

1 引言

金屬材料通過檢測能夠得到關(guān)于力學(xué)性能的檢測結(jié)果。其中包含了測試方法，測試的環(huán)境，測試人員的條件等等內(nèi)容。金屬力學(xué)的性能的改進(jìn)，要求被測試的材料必須進(jìn)行科學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，才能得到試驗(yàn)和試樣的應(yīng)力狀態(tài)的研究成果，并且根據(jù)試驗(yàn)中的餓樣品的尺寸和大小等，進(jìn)行測試的數(shù)據(jù)分析。但是有一點(diǎn)值得注意，就是金屬構(gòu)件大多是具有復(fù)雜的尺寸的。因此通過力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行的測定的結(jié)果，能不能作為金屬材料的強(qiáng)度性能的表征加以分析，是必須加以準(zhǔn)確和可靠的評價(jià)的。

2 金屬材料力學(xué)性能檢測技術(shù)

利用有限元的分析軟件，對連續(xù)體中的近似計(jì)算數(shù)值加以分析，能夠得到相當(dāng)完善的理論體系，其中包含的數(shù)值的計(jì)算方法解決了工程了很多問題，包括電磁學(xué)、力學(xué)等。我國的材料力學(xué)的有限元的分析方法，經(jīng)過多年的研究，已經(jīng)可以對一些普通材料進(jìn)行力學(xué)條件下的有限元的分析，并且給出關(guān)于材料力學(xué)應(yīng)力應(yīng)變和性能指標(biāo)的關(guān)系[1]。

ANSYS的有限元的性能檢驗(yàn)以及試驗(yàn)中得到了模擬檢測的耦合

經(jīng)過對復(fù)雜的物理對象的離散和劃分，通過對近似的函數(shù)的有限元的分析，能夠?qū)⒄w的方程加以求解、處理，對誤差等進(jìn)行分析，得到近似值的描述結(jié)果。通過計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算，能偶利用數(shù)值進(jìn)行任意復(fù)雜的問題多的處理。金屬材料的力學(xué)試驗(yàn)的目標(biāo)在與對金屬材料的拉伸、沖擊、工藝進(jìn)行各種試驗(yàn)，通過幾何形式的力學(xué)測驗(yàn)，將力學(xué)的性能檢測以標(biāo)準(zhǔn)的式樣進(jìn)行模擬，放在普通的力學(xué)檢測試驗(yàn)上，進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)愛的力學(xué)檢測。模擬的力學(xué)檢測和試驗(yàn)，能夠使整個試驗(yàn)過程出現(xiàn)直觀的效果。數(shù)據(jù)庫中的力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠與模擬的參數(shù)相關(guān)聯(lián)，得到了金屬材料的自身形狀的模擬結(jié)果，將服役條件后的力學(xué)性能的基礎(chǔ)部分加以模擬分析和奠定[2]。

2.1 對拉伸試驗(yàn)的模擬

采用試驗(yàn)的方法，對拉伸進(jìn)行模擬，試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)依照國內(nèi)的GB/T228.1進(jìn)行測定，檢測的項(xiàng)目包括拉伸、伸長率、斷面的n值以及拉伸的實(shí)驗(yàn)房，屈服的r值等。拉伸的拖長要經(jīng)歷從彈性到頸縮幾個階段，通過測量將試驗(yàn)中的荷載以及原始標(biāo)據(jù)等進(jìn)行固定，同時(shí)縮短圓弧末端的加位的唯一，將荷載的計(jì)算，滿足精度的要求。使得金屬材料的彈性模量、泊松比等產(chǎn)生各向通行的定義，測試材料應(yīng)變關(guān)系要以模擬數(shù)據(jù)庫的建立的實(shí)測的應(yīng)力進(jìn)行設(shè)置[3]。

2.2 金屬材料與其他材料不同，材料自身特性的參數(shù)，如DENS密度、EX和 NUXY）的數(shù)值也不同，模擬參數(shù)（DENS、EX和NUXY）是表示材料本身的狀態(tài)和大小的，模擬拉伸試驗(yàn)的意義在于通過對實(shí)際檢測結(jié)果的耦合，與實(shí)際材料的固有參數(shù)無關(guān)，與大小受力狀態(tài)無關(guān)。與使用環(huán)境和實(shí)際檢測相耦合的條件無關(guān)，例如元素含量等模擬結(jié)果和熱處理狀態(tài)等相關(guān)，相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫金屬力學(xué)性能測試領(lǐng)域中推出的模擬參數(shù)使得注意力更集中于“服役機(jī)件”。

2.3 金屬材料力學(xué)性能的檢測大都采用檢測儀器進(jìn)行，金屬材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)條件苛刻，檢測時(shí)間長，原有結(jié)構(gòu)和原有運(yùn)動狀態(tài)的前提下，采用物理方法和手段快速測量出金屬材料的尺寸規(guī)格，這種方法的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性和重現(xiàn)性不足，但是優(yōu)點(diǎn)在于能偶對金屬試樣的規(guī)定尺寸進(jìn)行測量，并且計(jì)算出其在試驗(yàn)中得到的尺寸、規(guī)格以及表面的最大荷載，得到在線快速檢測匯總無法測量出來的表面形狀的承受荷載數(shù)值，因此這種檢測手段不適合使用在非破壞和在線快速檢測中，而是可以在不破壞金屬材料本身形狀的前提下，計(jì)算出表面形狀和基本力學(xué)性能[4]。

2.4 金屬材料力學(xué)性能無損檢測的主要方法有機(jī)械應(yīng)力法、振動檢測法、應(yīng)力波檢測法和超聲波檢測法。

①機(jī)械應(yīng)力的方法將金屬材料的試樣放在相應(yīng)的荷載中，由計(jì)算機(jī)得到式樣的靜曲的模量以及彈性的強(qiáng)度，然后根據(jù)得到的數(shù)值進(jìn)行測試樣的應(yīng)力分級。

②振動檢測法：通過傳感器振動頻率，對金屬試件加力，測得試件的自由和自由振動的減幅率及試件質(zhì)量，產(chǎn)生的橫向振動經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算后，得出試材的彈性模量，在數(shù)據(jù)處理后可以得到金屬材料的振動模量與彈性特性的數(shù)值以及他們之間的相關(guān)關(guān)系。

③應(yīng)力檢測法：通過被測材料的速度，建立被測材料密度以及彈性

模量的物理關(guān)系，被測金屬在使用耦合劑的前提下，形狀和尺寸不金屬材料物體的限制，在受撞擊之后可產(chǎn)生沖擊應(yīng)力波，且應(yīng)力波能在物體內(nèi)部傳播。傳感器和被測金屬材料之間基于應(yīng)力波進(jìn)行檢測，不需要使用耦合劑。沖擊應(yīng)力波檢測法使用到的試驗(yàn)用具還具有攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)。

④超聲波檢測法：在測出超聲波速度后，利用超聲波計(jì)算出金屬材料的彈性模量，根據(jù)超聲波傳播時(shí)間的差異，在金屬材料傳播與介質(zhì)的密度間發(fā)生衰減的現(xiàn)象，得到超聲彈性模量，亦可測定被測金屬材料的缺陷[5]。

3 結(jié)語

通過有限元分析的模擬分析，金屬材料在實(shí)際使用的復(fù)雜的形狀和大小，利用計(jì)算機(jī)模擬將應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行分析，金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)的檢測，能夠直觀對金屬構(gòu)件在真實(shí)服役條件下的性能等表征加以展現(xiàn)，使得金屬材、合理設(shè)計(jì)、制造、安全使用和維護(hù)提供有效的預(yù)測應(yīng)力應(yīng)變參考，為未來改進(jìn)金屬材料測試方法，提高測試精度提供新思路，為金屬材料檢測數(shù)據(jù)庫的建立提供更多的視覺素材，同時(shí)也為現(xiàn)實(shí)金屬構(gòu)件的模擬力學(xué)性能，提供更直接有效的指導(dǎo)。

[1]馬輝,王建,朱錦波等.金屬材料力學(xué)性能檢測技術(shù)發(fā)展的新思路[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(8)34.

[2]趙志國.金屬材料力學(xué)性能檢測技術(shù)的發(fā)展[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(12):3048.

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[5]劉宏實(shí).便攜式聲學(xué)顯微測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D].北京工業(yè)大學(xué),2015.