金屬材料力學性能測試方法發展探討

李思銳

四川省工業環境監測研究院

金屬材料力學性能測試方法發展探討

李思銳

四川省工業環境監測研究院

通過對金屬材料理學性能的檢測試驗，計算機將金屬材料在試驗中站展現出來的應力應變狀態進行了分析。對未來金屬材料的檢測數據，通過素材數據庫里的資料進行搜尋，最終建立了力學檢測數據，與數據庫中參數關聯起來。模擬金屬材料，改變自身形狀，將理學性能數據改變為計算機模擬軟件中的金屬構建，構建出現實中金屬材料的模型的力學性能，并最終得到直接有效的指導。

金屬材料；力學有限元模擬；應力應變

1 引言

金屬材料通過檢測能夠得到關于力學性能的檢測結果。其中包含了測試方法，測試的環境，測試人員的條件等等內容。金屬力學的性能的改進，要求被測試的材料必須進行科學和標準的改進，才能得到試驗和試樣的應力狀態的研究成果，并且根據試驗中的餓樣品的尺寸和大小等，進行測試的數據分析。但是有一點值得注意，就是金屬構件大多是具有復雜的尺寸的。因此通過力學試驗進行的測定的結果，能不能作為金屬材料的強度性能的表征加以分析，是必須加以準確和可靠的評價的。

2 金屬材料力學性能檢測技術

利用有限元的分析軟件，對連續體中的近似計算數值加以分析，能夠得到相當完善的理論體系，其中包含的數值的計算方法解決了工程了很多問題，包括電磁學、力學等。我國的材料力學的有限元的分析方法，經過多年的研究，已經可以對一些普通材料進行力學條件下的有限元的分析，并且給出關于材料力學應力應變和性能指標的關系[1]。

ANSYS的有限元的性能檢驗以及試驗中得到了模擬檢測的耦合

經過對復雜的物理對象的離散和劃分，通過對近似的函數的有限元的分析，能夠將整體的方程加以求解、處理，對誤差等進行分析，得到近似值的描述結果。通過計算機的數值計算，能偶利用數值進行任意復雜的問題多的處理。金屬材料的力學試驗的目標在與對金屬材料的拉伸、沖擊、工藝進行各種試驗，通過幾何形式的力學測驗，將力學的性能檢測以標準的式樣進行模擬，放在普通的力學檢測試驗上，進行應力狀態愛的力學檢測。模擬的力學檢測和試驗，能夠使整個試驗過程出現直觀的效果。數據庫中的力學試驗數據能夠與模擬的參數相關聯，得到了金屬材料的自身形狀的模擬結果，將服役條件后的力學性能的基礎部分加以模擬分析和奠定[2]。

2.1 對拉伸試驗的模擬

采用試驗的方法，對拉伸進行模擬，試驗的標準依照國內的GB/T228.1進行測定，檢測的項目包括拉伸、伸長率、斷面的n值以及拉伸的實驗房，屈服的r值等。拉伸的拖長要經歷從彈性到頸縮幾個階段，通過測量將試驗中的荷載以及原始標據等進行固定，同時縮短圓弧末端的加位的唯一，將荷載的計算，滿足精度的要求。使得金屬材料的彈性模量、泊松比等產生各向通行的定義，測試材料應變關系要以模擬數據庫的建立的實測的應力進行設置[3]。

2.2 金屬材料與其他材料不同，材料自身特性的參數，如DENS密度、EX和 NUXY）的數值也不同，模擬參數（DENS、EX和NUXY）是表示材料本身的狀態和大小的，模擬拉伸試驗的意義在于通過對實際檢測結果的耦合，與實際材料的固有參數無關，與大小受力狀態無關。與使用環境和實際檢測相耦合的條件無關，例如元素含量等模擬結果和熱處理狀態等相關，相互關聯的數據庫金屬力學性能測試領域中推出的模擬參數使得注意力更集中于“服役機件”。

2.3 金屬材料力學性能的檢測大都采用檢測儀器進行，金屬材料力學試驗機條件苛刻，檢測時間長，原有結構和原有運動狀態的前提下，采用物理方法和手段快速測量出金屬材料的尺寸規格，這種方法的缺點是穩定性和重現性不足，但是優點在于能偶對金屬試樣的規定尺寸進行測量，并且計算出其在試驗中得到的尺寸、規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，計算出表面形狀和基本力學性能[4]。

2.4 金屬材料力學性能無損檢測的主要方法有機械應力法、振動檢測法、應力波檢測法和超聲波檢測法。

①機械應力的方法將金屬材料的試樣放在相應的荷載中，由計算機得到式樣的靜曲的模量以及彈性的強度，然后根據得到的數值進行測試樣的應力分級。

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量，產生的橫向振動經計算機計算后，得出試材的彈性模量，在數據處理后可以得到金屬材料的振動模量與彈性特性的數值以及他們之間的相關關系。

③應力檢測法：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，在受撞擊之后可產生沖擊應力波，且應力波能在物體內部傳播。傳感器和被測金屬材料之間基于應力波進行檢測，不需要使用耦合劑。沖擊應力波檢測法使用到的試驗用具還具有攜帶方便的優點。

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

3 結語

通過有限元分析的模擬分析，金屬材料在實際使用的復雜的形狀和大小，利用計算機模擬將應力應變狀態進行分析，金屬材料力學性能試驗的檢測，能夠直觀對金屬構件在真實服役條件下的性能等表征加以展現，使得金屬材、合理設計、制造、安全使用和維護提供有效的預測應力應變參考，為未來改進金屬材料測試方法，提高測試精度提供新思路，為金屬材料檢測數據庫的建立提供更多的視覺素材，同時也為現實金屬構件的模擬力學性能，提供更直接有效的指導。

[1]馬輝,王建,朱錦波等.金屬材料力學性能檢測技術發展的新思路[J].科技創新與應用,2014(8)34.

[2]趙志國.金屬材料力學性能檢測技術的發展[J].建筑工程技術與設計,2016(12):3048.

[3]李雪交,馬宏昊,沈兆武等.鈦-鋼爆炸壓接-軋制復合板的研究[J].含能材料,2016,24(8):798～803.

[4]蔣云,孫延松,許學龍等.壓痕法技術在電站設備材料力學性能檢測中的研究和應用[C].中國電機工程學會金屬材料專委會第一屆學術年會論文集,2015:656～662.

[5]劉宏實.便攜式聲學顯微測試系統設計與應用研究[D].北京工業大學,2015.