金屬材料性能的原位三點彎曲測定方法及測試結(jié)果分析

郝 芯，吳翠紅，郭士茹

（長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院、吉林 長春 130000）

金屬材料性能在生產(chǎn)線的作用下會產(chǎn)生復(fù)雜的變化效果。遇到?jīng)_擊載荷的頻率不斷增加時，金屬材料性能會產(chǎn)生巨大的振動幅度，進而形成金屬材料性能的原位三點彎曲。因此需要對金屬材料性能的原位三點彎曲進行動力學(xué)測定。金屬材料在實際生產(chǎn)過程中，其不斷反復(fù)運動的位置可稱之為原位三點，其產(chǎn)生的原位三點彎曲特征實質(zhì)上是相關(guān)運動參數(shù)不斷變化產(chǎn)生的結(jié)果。通過原位三點彎曲特征，可以在一定范圍內(nèi)，確定金屬材料的特定數(shù)據(jù)，并代表其實際的運行程度和模型模式。針對金屬材料性能的測定方法是確定金屬材料性能的有效途徑，能夠很好地應(yīng)用在金屬材料的使用方面[1]。以往采用的針對金屬材料性能的測定方法主要是通過測定裝置，測定金屬材料的原位三點彎曲性能，但該裝置無法隨著金屬材料應(yīng)力變化的改變而變化，導(dǎo)致其測定結(jié)果存在精準(zhǔn)度低，誤差大的現(xiàn)象。因此，有必要針對金屬材料性能的測定方法展開優(yōu)化設(shè)計。金屬材料性能的原位三點彎曲測定方法是通過確定金屬材料性能的原位三點，通過有限元分析的方式，分析金屬材料性能的原位三點彎曲情況，精確金屬材料性能的原位三點彎曲程度[2]。基于此，本文提出金屬材料性能的原位三點彎曲測定方法，并針對該方法下得出的測試結(jié)果加以分析，致力于在提高金屬材料性能的原位三點彎曲測試精度的同時，確保金屬材料性能的原位三點彎曲測試結(jié)果能夠為金屬材料的合理應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 金屬材料性能的原位三點彎曲測定方法

1.1 提取金屬材料性能的原位三點彎曲多源信息

在金屬材料性能的原位三點彎曲測定過程中，必須預(yù)先提取金屬材料性能的原位三點彎曲多源信息。本文離散元法，在節(jié)點位移連續(xù)的情況下，以原位三點為基礎(chǔ)，獲取金屬材料性能峰值。并基于有限元分析中的分片函數(shù)，修正金屬材料性能的原位三點彎曲測定過程中存在的誤差，利用修正系數(shù)使得金屬材料性能的原位三點彎曲測定的權(quán)重比例總是向著峰值訓(xùn)練誤差減小的方向進行修改[3]。與傳統(tǒng)測定方法相比，通過基于有限元分析計算分析峰值修正系數(shù)，迭代求解，能夠提取金屬材料性能的原位三點彎曲多源信息。設(shè)此過程的目標(biāo)函數(shù)為s，可得公式（1）。

公式（1）中，r指的是金屬材料性能的原位三點支撐力；V指的是金屬材料性能的原位三點偏移量；x指的是金屬材料性能的原位三點滾動摩擦系數(shù)；I指的是金屬材料性能的原位三點空間坐標(biāo)；R指的是金屬材料性能的原位三點彎曲多源信息之間的重要度；n指的是金屬材料性能的原位三點屈服應(yīng)力；T指的是金屬材料性能的原位三點可塑性。通過公式（1），在三維坐標(biāo)系中標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)值點，分別作為金屬材料性能的原位三點，通過點位支持，提取金屬材料性能的原位三點彎曲多源信息。

1.2 模擬金屬材料性能的原位三點彎曲荷載狀態(tài)

在提取金屬材料性能的原位三點彎曲多源信息的前提下，本文運用二次拋物線原理，模擬金屬材料性能的原位三點彎曲荷載力，以二次拋物線的高度代表模擬金屬材料性能的原位三點彎曲當(dāng)下的荷載力[4]。設(shè)二次拋物線的高度為y，可得公式（2）。

公式（2）中，x指的是金屬材料性能的原位三點硬度；1ε指的是金屬材料性能的原位三點最大承載力；2ε指的是金屬材料性能的原位三點跨距；r指的是金屬材料性能的原位三點彈性模量。通過公式（2），可推導(dǎo)出金屬材料性能的原位三點彎曲狀態(tài)計算理論模型[5]。設(shè)模型的數(shù)學(xué)表達式為M，可得公式（3）。

公式（3）中，σ指的是金屬材料性能的原位三點所受荷載強度；β指的是金屬材料性能的原位三點最大承受剪應(yīng)力；b指的是金屬材料性能的原位三點內(nèi)力的摩擦角；a指的是粘聚力；n指的是膨脹角度，為實數(shù)；f指的是金屬材料性能的原位三點基礎(chǔ)數(shù)值。利用金屬材料性能的原位三點彎曲狀態(tài)計算理論模型，進而判斷出此時金屬材料性能的原位三點彎曲荷載狀態(tài)。通過金屬材料性能的原位三點彎曲荷載狀態(tài)計算理論模型中的自變量可以得出金屬材料性能的原位三點彎曲荷載狀態(tài)的主要影響因素為：金屬材料性能的原位三點所受荷載強度、摩擦角、粘聚力以及膨脹角度。在運用金屬材料性能的原位三點彎曲狀態(tài)計算理論模型的過程中，必須對金屬材料性能的原位三點彎曲受力點位置進行精準(zhǔn)計算，防止由于點位不準(zhǔn)確造成金屬材料性能的原位三點彎曲測定參數(shù)誤差大的問題[6]。以計算得出的金屬材料性能的原位三點彎曲狀態(tài)為依據(jù)，分析金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。

1.3 建立金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

在完成金屬材料性能的原位三點彎曲荷載狀態(tài)模擬后，分析金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。本文通過建立金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，分析金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變的具體情況[7]。可以將金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系視為一種曲線關(guān)系，如圖1所示。

圖1 金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

圖1中，f0指的是金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變的最大值，代表金屬材料性能的原位三點所能承受的最大應(yīng)力；gt指的是金屬材料性能的原位三點彎曲與地面之間的夾角。根據(jù)圖1可知，金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變會影響金屬材料性能的原位三點彎曲的基礎(chǔ)偏差范圍[8]。金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力越大，造成的金屬材料性能的原位三點彎曲基礎(chǔ)偏差越大，導(dǎo)致金屬材料性能的原位三點彎曲現(xiàn)象越嚴(yán)重。隨著應(yīng)力作用下，金屬材料性能的原位三點抗壓強度越來越低，同樣也會導(dǎo)致金屬材料性能的原位三點彎曲現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此，必須根據(jù)金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，計算金屬材料性能的原位三點的抗壓強度，將金屬材料性能的原位三點所受應(yīng)力控制在可承受范圍內(nèi)，為下一步基于有限元分析測定金屬材料性能原位三點彎曲做準(zhǔn)備。設(shè)金屬材料性能的原位三點的抗壓強度為ω，則有（4）。

通過公式（4），得出金屬材料性能的原位三點的抗壓強度，根據(jù)多次計算，可以將金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模擬為：

1.4 基于有限元分析測定金屬材料性能原位三點彎曲

通過建立金屬材料性能的原位三點彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，基于有限元分析測定金屬材料性能原位三點彎曲。本文基于有限元分析，將復(fù)雜的金屬材料性能的原位三點彎曲測定問題轉(zhuǎn)換為金屬材料性能的原位三點彎曲撓度計算問題[9]。設(shè)金屬材料性能的原位三點彎曲撓度表達式為p，可得公式（5）。

公式（5）中：i指的是金屬材料性能的原位三點彎曲取值范圍，通常為[0-1]；e指的是金屬材料性能的原位三點彎曲程度。結(jié)合上述計算公式，可得出金屬材料性能的原位三點彎曲撓度。除此之外，應(yīng)考慮金屬材料性能的原位三點彎曲撓度壓縮形變的絕對大小，獲取其絕對數(shù)值，擬合曲線方程，得出金屬材料性能的原位三點彎曲測試結(jié)果。

2 金屬材料性能的原位三點彎曲測試結(jié)果分析

2.1 測試準(zhǔn)備

構(gòu)建金屬材料性能的原位三點彎曲測試，本次實驗對象為某金屬材料，其基礎(chǔ)參數(shù)，如表1所示。

表1 某金屬材料基礎(chǔ)參數(shù)

結(jié)合表1所示，首先使用本文設(shè)計測定方法測定金屬材料性能的原位三點彎曲，通過matalb軟件記錄其測定誤差，設(shè)置為實驗組；再使用傳統(tǒng)測定方法測定金屬材料性能的原位三點彎曲，同樣通過matalb軟件記錄其測定誤差，設(shè)置為對照組。由此可見，本文實驗對比指標(biāo)為兩種測定方法下測得的金屬材料性能的原位三點彎曲結(jié)果與實際之間的誤差，測得的金屬材料性能的原位三點彎曲結(jié)果與實際之間的誤差越小，證明該測定方法針對金屬材料性能的原位三點彎曲測定精度越高。本次實驗共設(shè)置測定次數(shù)為10次。記錄實驗結(jié)果。

2.2 測試結(jié)果與分析

整理實驗結(jié)果，如表2所示：

表2 金屬材料性能的原位三點彎曲測定結(jié)果對比表

由表2中實驗結(jié)果可以看出，本文設(shè)計測定方法金屬材料性能的原位三點彎曲測定結(jié)果與實際相比誤差明顯低于對照組。因此，通過實驗證明，本文提出的測定方法與傳統(tǒng)測定方法相比各項性能更加優(yōu)越，利用本文測定方法對金屬材料性能的原位三點彎曲進行測定具有一定的可行性，且測定結(jié)果的準(zhǔn)確性更高，可實現(xiàn)對金屬材料性能的原位三點彎曲的準(zhǔn)確測試。

3 結(jié)束語

本文通過實例分析的方式，證明了設(shè)計測定方法在實際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計，能夠解決傳統(tǒng)金屬材料性能的原位三點彎曲測定中存在的誤差高的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對本次金屬材料性能的原位三點彎曲測定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進行檢驗，進一步提高金屬材料性能的原位三點彎曲測定結(jié)果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對金屬材料性能的原位三點彎曲測定方法的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，以此為提高金屬材料性能的原位三點彎曲測定質(zhì)量提供建議。