材料力學(xué)測試技術(shù)中的理論方法與實驗應(yīng)用.pdf

1、隨著航空、高速鐵路、化工、反應(yīng)堆工程等的飛速發(fā)展，材料斷裂性能的工程需求在新世紀(jì)迅速擴(kuò)大。然而，傳統(tǒng)斷裂力學(xué)測試在載荷分離法、柔度法、測試標(biāo)準(zhǔn)的有效應(yīng)用等方面仍存在一系列問題，一些問題仍具有突出的理論研究與工程應(yīng)用價值。單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線的便攜測量對于實現(xiàn)工程構(gòu)件材料力學(xué)性能的在役檢測意義深遠(yuǎn)，基于硬度技術(shù)的壓入法在該領(lǐng)域顯示了良好的應(yīng)用前景，但是現(xiàn)有方法尚不成熟，需要進(jìn)一步完善。本文對材料斷裂測試中的載荷分離法、柔度法以及基于壓入技術(shù)的

2、單軸應(yīng)力應(yīng)變曲線獲取方法進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，重點(diǎn)完成了如下工作：
　　 ⑴基于相似理論提出了無量綱化載荷分離理論，解決了現(xiàn)行載荷分離理論的量綱不對等問題?；跓o量綱化載荷分離理論，發(fā)展了改進(jìn)的分離參數(shù)Spb法，新方法有效消除了參考鈍裂紋和標(biāo)定點(diǎn)選擇對試樣裂紋長度預(yù)測的影響。應(yīng)用新方法完成了Cr2Ni2MoV鋼、A508-Ⅲ鋼以及輸氣管道球閥焊接接頭等工程材料的JIC、CTOD和CTOA測定，新方法的有效性和實用性得到了驗證。根

3、據(jù)對ASTM現(xiàn)行規(guī)范中載荷分離法的深入研究與創(chuàng)新進(jìn)展，為金屬材料準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度統(tǒng)一試驗國家標(biāo)準(zhǔn)新版修訂提出了增訂的載荷分離法附錄草案。
　　 ⑵對柔度測試中現(xiàn)行轉(zhuǎn)動修正方法存在的問題進(jìn)行了細(xì)致研究，基于剛性鉸鏈假設(shè)和功等效原理提出了適用于CT、SEB和SET三類試樣的柔度轉(zhuǎn)動修正方法。研究結(jié)果表明，由彈塑性有限元分析提出的三類試樣轉(zhuǎn)動半徑計算公式比現(xiàn)行規(guī)范公式更為合理和有效；剛性轉(zhuǎn)動對試樣裂紋長度的柔度計算不產(chǎn)生附加影響，但對J

4、積分計算結(jié)果的影響顯著；對于在加載點(diǎn)測量位移的SEB試樣無需進(jìn)行柔度轉(zhuǎn)動修正：在采用柔度法完成JIC測試時，合理的做法是僅對載荷.位移測量曲線進(jìn)行柔度轉(zhuǎn)動修正，無需對預(yù)測裂紋長度的測量柔度進(jìn)行轉(zhuǎn)動修正。對SEB試樣和直通型CT試樣提出了裂紋嘴張開位移同加載點(diǎn)(加載線)位移的彈塑性換算公式，使得從裂紋嘴張開位移測量中獲得材料斷裂韌性JIC有效可行，進(jìn)而確保了現(xiàn)行材料斷裂韌性測試標(biāo)準(zhǔn)在該技術(shù)領(lǐng)域的完整性。
　　 ⑶對SEB試樣和CT

5、試樣提出了測算裂紋長度和等效彈性模量的統(tǒng)一簡化公式；修正了柔度法中塑性J積分增量迭代算式的不合理內(nèi)容；為方便焊縫、復(fù)合材料等特殊分層材料的斷裂性能測試，基于有限元分析提出了分層結(jié)構(gòu)CT試樣的柔度方法；提出了用于斷裂性能測試的點(diǎn)觸式高溫柔度法，拓展了柔度法在高溫測試環(huán)境中的應(yīng)用；對不同版本的JIC和CTOD現(xiàn)行斷裂測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的差異比較，選取典型材料研究了不同測試標(biāo)準(zhǔn)對材料斷裂性能評價的影響；基于柔度法的系統(tǒng)創(chuàng)新進(jìn)展，提出了金屬材料