新一代TMCP技术研究和进展概要

材料加工实验与测试技术 姓名：王楠 学号：1133010156 班级：材控11 材料力学性能测试与评价技术 摘要:本文通过对材料力学性能测试与评价技术发展的回顾，以及对其现代最新技术的介绍，详细论述和评价了材料力学性能测试与评价技术在材料学科的发展和新材料的研制过程中的作用。同时提出材料力学性能试验是获得材料性能数据唯一可靠的途径，是计算机进行材料模拟和建立大型材料数据库时最基础的工作，任何方法都不可能代替材料验。材料试验与评价技术在过去、现在，乃至在将来在材料学科中占有非常重要的地位，是材料学科中的一个重要分支。 1引言 现代材料科学在很大程度上依赖于对材料性能与其成分及显微组织关系的理解。因此，对材料性能的各种测试技术，对材料组织从宏观到微观不同层次的表征技术构成了材料科学与工程的一个重要部分，亦是联系材料设计与制造工艺直到获得具有满意使用性能的材料之间的桥梁。从新材料的研究、开发和发展中，可以清楚的看到检测评价新技术所起到的作用。 评价检测在材料研究开发中起着非常重要的作用。工程实际中研究与开发新材料的目的是为了应用，因此对材料的设计所关注的是材料的性能参数。对功能材料而言最终得到满足要求的物理参数，例如弹性、热膨胀、热容、热传导、热辐射、电阻、热电势、磁性等;而对结构材料来讲应得到较为满意的力学性能参数，如强度、硬度、延伸率、疲劳极限及特性等。因此，材料的评价与检测技术是材料科学与技术学科中一个重要组成部分，它伴随着材料的发展而相应革新、不断完善，同时为新型材料和新材料的研究开发提供了科学的、可靠的保障。 由于新材料的种类繁多，相应的测试和评价技术涉及面很广。材料检测评价技术从大的方面可分为:性能测定、显微组织表征和无损检测等，而每一方面又包含各种不同的测试技术和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 试验方法。在多种材料和多种性能测试中，以力学性能为代表，力学性能是结构材料研究、生产、使用的最基本参数，其研究十分活跃。本文对材料的力学性能测试技术进展做简单论述。 2材料性能评价技术的作用 对材料力学性能的研究起始于欧洲工业革命，两次世界大战促进了材料测试与评价技术的发展，同时也对材料的性能提出了更高的要求。例如，需要重量更轻而强度又更高的材料来制造飞机、火箭及各种武器等。战后世界上的军备竞赛就一直没有停止，以后又发展到太空的竞争，航天科学技术的发展为材料性能研究开辟了更加崭新的领域，如图2所示为航天发射现场。 材料科学的发展促进了对新材料的研究，进而又促进材料试验与评价技术的革新。可以说材料测试与评价技术源于材料科学的革新，反过了又促进了材料科学的进一步发展。 就实际工程而言，新产品，如高温燃气轮机、热核反应发电站、轻质航天飞机、火箭、卫星、轻质地面车辆、探井钻探及高压贮罐等;新材料，如超级合金、复合材料、聚合材料、陶瓷材料薄膜材料、纳米材料等的研制，使得材料工作条件更加复杂、更加恶劣，因此对材料性能提出更高的要求，如超高压、超低温、超真空、超高纯、超高速冷、超高强、超辐射、耐腐蚀等，对材料试验技术提出更高的要求，即快速省力、准确可靠、安全经济。 以航空材料为例，航空材料要求较高的比强度和比刚度、较好的耐疲劳和耐腐蚀性能，以及可反复使用，并且长寿命、安全可靠。因此对航空材料性能测试研究也就复杂得多、严格得多。其中疲劳断裂是航空零部件最常见的失效形式，亦是限制飞机及其发动机寿命和可靠性的重要因素，航空零部件的破坏有90%以上是来源于疲劳，如飞机的梁、框、起落架、发动机的涡轮和叶片等均因工作中高应力和高温、复杂的环境介质、频繁的起动和停机以及零件的表面完整性和应力集中等因素而引起疲劳失效。 在飞机结构材料方面，正在研究材料在接近使用条件下疲劳断裂行为，包括过载效应、随机加载、多轴向加载以及温度、介质、表面状态的综合影响等。在发动机材料方面，着重研究材料的低周疲劳、热疲劳、蠕变/疲劳交互作用和腐蚀疲劳等。在试验技术方面，要采取宏观与微相结合的形式探索材料中疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂的全过程。不仅要解决工程中的疲劳失效问题，而且要做材料的定寿和零部件的延寿工作，以便在新机型设计、老机延寿与失效 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 中发挥更大的作用。 由此可知，材料的力学性能对工程结构至关重要。而材料测试与评价技术是材料性能得以保证的前提。因此，材料测试技术与材料的质量密切相关[J]。另一方面，在材料测试在计算机进行材料模拟、有限元分析和建立大型材料数据库等方面都起着及其重要的作用。因此，没有材料评价技术的发展，也就没用诸多新材料的出现。材料测试技术在材料学科中，以及在国民经济中均起着相当重要的作用。 3力学性能测试技术发展简介 材料的力学性能是指材料在给定的一套条件下，当某以条件发生变化时材料所产生的响应。有的性能可能与几个参数关联。对材料力学性能的测定需要建立在一个广义力与广义位移的关系上，当关系为线性时，材料力学性能由线性常数来表征。在其关系偏离线性时，材料的力学性能需要由高阶的常数来表征。 然而，人们对材料的力学行为的认知是一个由简单到复杂、由表面现象到微观机理、由浅入深的过程。对材料的力学行为评价技术亦是随着材料研究的不断深入和其他相关技术，如微电子技术、计算机技术、控制技术的不断发展而逐渐完善的。 3.1静态力学性能测试 在17世纪，工程技术人员对材料的力学性能的认知仅限于其静强度的概念上，即对材料的评价指标只有一个抗拉强度参数。直到目前，研究人员和工程技术人员对材料的静态力学性能仍然非常关心，这是由于材料的静态力学性能是评价材料时最基本的参数。因此，在材料研制的初级阶段，首先应使得材料的静强度达到设计要求。就是在材料科学如此发达的今天，对新材料的静强度评价仍然是研究工作的基础工作。例如，在对超细晶粒低合金高强度钢的研究时，首先需要进行材料的静强度性能测试与评价，以便找出实现材料设计的最佳工艺[2，3，。 为了对材料的静强度进行正确评价，需要设计并制造出其相应的材料试验装置，由荷兰物理学家PetrusvanMussehenbroek(1692一1791)发明的世界上最早的拉伸试验机，它实际上是一杆大称，其测试精度可想而知。尽管其结构简单，但在当时应该是一项伟大的发明。它的出现标志着材料评价体系的诞生，为现代材料力学性能测试与评价技术奠定了基础。 液压材料试验机可以实现连续加载，并可记录载荷一位移曲线。在配置应变引伸仪的试验机上，可以测得材料的弹性模量和屈服极限。该类型的试验机的不足之处是既不能控制加载速率，也不能控制形变速率，因此实验结果的重复性没有保证。研究结果表明，对于大多数金属材料，其静态力学性能随着加载速率的变化而变化。因此，研究人员在进行材料的研究和设计时需要获得材料在不同加载速率下的静态力学性能。另外，在工业生产中，工程技术人员需要及时获得准确的材料参数，来判断材料是否合格。液压试验机无论在控制方面，还是在记录方面既不能满足材料研究也不能满足工业生产检验的需要。 随着国外先进的电子拉力试验机和电液伺服材料试验机的不断涌现，液压试验机自20世纪60年代在发达国家逐渐被淘汰。但由于受经费的限制，我国特别是高等院校直到20世纪末才被电子拉力试验机替代，这一切得益于“211”工程。 电子技术和计算机控制技术的发展为试验机的革新提供便利条件。图7所示为国产新三思公司生产的计算机自动控制液压试验机，图8所示为计算机控制的电子拉力静杏试验机。它们可以精确地控制轴向加载速率[5:，而且可实现三种方式的加载控制，即载荷、形变、应变控制。整个试验过程均由计算机自动控制，实时显示试验过程，并将实验原始数据存入磁盘。试验结束后可迅速将实验结果显示出来，并打印出试验报告。 为了实现静态试验的完全自动化，目前工程技术人员设计出全自动静态试验系统。k公司生产的全自动电子拉伸材料试验机。该系统配备料机械手，使得试验从试样装夹直到打印试验报告的整个过程完全自动实现，大大地提高了工作效率，加快了对产品检验的速度。该系统是至今最为先进的静态试验设备。 3.2动态力学性能测试技术 众所周知，绝大多数工程材料在其服役中承受的是动载荷。当材料或结构受到重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限或屈服强度，甚至比材料的弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在应力或应变的反复作用下材料或结构发生性能变化的现象称之为“疲劳”[6]。 疲劳断裂是工程结构和零件普遍而严重的断裂故障。它遍及每一个运动着的物体，甚至看上去似乎是静止的，只要它承受力或应变的反复作用，就会导致疲劳破坏。行驶在崎岖道路上的汽车;反复起飞、着路并在飞行过程中遭受阵风袭击和各种机动特技飞行时引起载荷变化的飞机;每当车辆通过时使之产生挠曲的桥梁;遭受破浪袭击的各种船舶，以及温度循环变化的核反应堆部件，都承受着各种循环载荷或变形，最终将发生疲劳断裂。 3.2.1应力疲劳(高周疲劳)试验技术疲劳一词来源于航海，在乘帆船作长距离旅行的年代里，人们把桅杆在帆的频繁升降中受到的应变作用叫疲劳。人们相信，关于金属疲劳的最初研究是一位叫W.A.J.Albert的德国矿业工程师在1829年前后完成的。他对铁制的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。第一个有详细文字记载的金属疲劳研究工作是在1842年法国凡尔赛附近的铁路发生事故以后开始进行的。这次事故使40至80人丧生。1943年一位名叫w.J.M.Rankine的英国铁路工程师就对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器零件存在应力集中的危险性。 统地研究疲劳破坏的是德国工程师wohler，1847年他设计了第一台旋转弯曲疲劳试验机，引用了S一N曲线及疲劳极限概念。它的研究结果发现，由钢制的火车车轴在循环载荷的作用下，其强度大大低于他们的静强度。在他的研究工作中提出了利用应力幅一寿命(S一N)曲线了描述疲劳行为的方法，并提出了疲劳“耐久极限”的概念。疲劳耐久极限是来评价材料疲劳强度的重要参数，它是在指定循环特征下，材料或构件承受无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。对于碳钢材料，在对称循环载荷下其疲劳耐久极限。一，与抗拉强度的关系如下图: 由此可见，材料在对称循环载荷作用下其破坏强度不足其将强度的1/3。另一方面，材料的疲劳极限还受其他诸多因素的影响，其中平均应力的影响较为明显。早在1874年，德国工程师H.Gerber就提出了平均应力影响疲劳寿命的设计准则。1899年Goodman也讨论了平均应力对疲劳寿命的影响，提出了著名的Goodman曲线。