本文關(guān)鍵詞：復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器的動(dòng)態(tài)特性分析與試驗(yàn)研究

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【摘要】：在日常生產(chǎn)生活中,材料服役過(guò)程中通常會(huì)同時(shí)受到多種載荷的共同作用,導(dǎo)致其變形損傷、失效破壞,引發(fā)的各類(lèi)事故時(shí)有發(fā)生。傳統(tǒng)的材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)大都是單一載荷測(cè)試模式的,且難以原位監(jiān)測(cè)材料在加載過(guò)程中的微觀(guān)力學(xué)性能的變化和材料的變形損傷機(jī)制。面向?qū)W術(shù)界與工程界的需求,論文以研究復(fù)合載荷材料微觀(guān)力學(xué)性能原位測(cè)試原理與技術(shù)為出發(fā)點(diǎn),在自制的原型樣機(jī)的基礎(chǔ)上,測(cè)試分析了多種載荷作用下典型材料微觀(guān)力學(xué)行為與變形損傷機(jī)制。論文在對(duì)復(fù)合載荷條件下材料微觀(guān)力學(xué)性能測(cè)試原理與技術(shù)以及原位監(jiān)測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述分析的基礎(chǔ)上。開(kāi)展了復(fù)合載荷條件下原位力學(xué)測(cè)試儀器模型靜動(dòng)態(tài)的仿真分析、儀器總成、調(diào)試、校準(zhǔn)等理論與技術(shù)的研究,在此基礎(chǔ)上,利用復(fù)合載荷原位力學(xué)儀器開(kāi)展了典型材料在單一載荷和復(fù)合載荷條件下微觀(guān)力學(xué)性能的原位測(cè)試分析與研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容概括如下:論文采用ANSYS軟件對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元和整機(jī)開(kāi)展了靜態(tài)特性分析和模態(tài)分析。仿真分析結(jié)果表明,復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試裝置的模型基本滿(mǎn)足要求。在測(cè)試?yán)碚摲治龅幕A(chǔ)上,論文對(duì)復(fù)合載荷原位力學(xué)儀器主機(jī)開(kāi)展了動(dòng)態(tài)特性測(cè)試,仿真分析的結(jié)果與測(cè)試結(jié)果相符。論文針對(duì)同批次材料制成的試件樣品,分別采用商業(yè)化試驗(yàn)機(jī)和復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器,開(kāi)展了材料基本力學(xué)參數(shù)的測(cè)定,據(jù)此開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析,結(jié)合對(duì)比分析結(jié)果,對(duì)復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器的測(cè)試精度進(jìn)行了修正校準(zhǔn)。復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器拉伸測(cè)試結(jié)果與商業(yè)化試驗(yàn)機(jī)的相對(duì)誤差為0.11%,三點(diǎn)彎曲測(cè)試結(jié)果的相對(duì)誤差為0.26%,扭轉(zhuǎn)測(cè)試結(jié)果的相對(duì)誤差是0.58%。在上述工作的基礎(chǔ)上,基于復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器,論文對(duì)預(yù)制3V型缺陷試件,開(kāi)展了載荷作用下裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展、試件斷裂的聲發(fā)射原位測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明采用聲發(fā)射原位監(jiān)測(cè)手段可對(duì)裂紋的萌生、裂紋擴(kuò)展以及裂紋的斷裂進(jìn)行表征,并利用線(xiàn)性定位法,實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋源的定位。利用復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器,論文還開(kāi)展了針對(duì)20號(hào)鋼和球墨鑄鐵(QT400)的拉伸-彎曲、拉伸-扭轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)-拉伸、拉伸-扭轉(zhuǎn)-彎曲以及扭轉(zhuǎn)-拉伸-彎曲等不同載荷條件下的材料微觀(guān)力學(xué)性能的原位測(cè)試。其中,在對(duì)試件樣品施加扭轉(zhuǎn)-II拉伸載荷時(shí),發(fā)現(xiàn)20號(hào)鋼和球墨鑄鐵(QT400)的抗拉強(qiáng)度提高了,通過(guò)超景深顯微鏡原位監(jiān)測(cè)到在扭轉(zhuǎn)-拉伸載荷下材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的變化及變形損傷的演化過(guò)程。當(dāng)給試件施加拉伸-扭轉(zhuǎn)載荷時(shí),發(fā)現(xiàn)20號(hào)鋼的抗扭強(qiáng)度降低了,通過(guò)超景深顯微鏡原位監(jiān)測(cè)到因拉伸應(yīng)力的作用使晶粒被拉長(zhǎng),同時(shí)晶粒間隙增大。再施加扭矩后,晶粒被扭曲,晶粒的間隙進(jìn)一步增大,因此材料的抗扭強(qiáng)度降低。當(dāng)給試件施加拉伸-彎曲載荷、拉伸-扭轉(zhuǎn)-彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)-拉伸-彎曲載荷時(shí),發(fā)現(xiàn)20號(hào)鋼和球墨鑄鐵(QT400)的抗彎強(qiáng)度提高了,通過(guò)超景深顯微鏡原位監(jiān)測(cè)到20號(hào)鋼和球墨鑄鐵(QT400)在不同載荷下材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的變化。采用復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器對(duì)預(yù)制缺陷的試件樣品在單載荷的作用下,進(jìn)行原位監(jiān)測(cè),可以精確的監(jiān)測(cè)預(yù)制缺陷尖端形貌的變化,微裂紋萌生、擴(kuò)展以及裂紋失穩(wěn)、快速斷裂。進(jìn)而深入研究載荷作用下材料微觀(guān)力學(xué)行為和損傷演變機(jī)制。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合載荷 微觀(guān)力學(xué)性能 原位測(cè)試 聲發(fā)射 預(yù)制缺陷 儀器 金相
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH82;TG115.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-31
• 1.1 選題背景與研究意義13-14
• 1.2 復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 復(fù)合載荷力學(xué)測(cè)試儀器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 復(fù)合載荷力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3 原位測(cè)試技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-27
• 1.3.1 原位力學(xué)測(cè)試儀器的發(fā)展現(xiàn)狀21-22
• 1.3.2 原位力學(xué)測(cè)試技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-27
• 1.4 本文主要研究工作27-31
• 第2章 復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器功能分析31-57
• 2.1 材料力學(xué)性能測(cè)試原理31-35
• 2.1.1 拉伸測(cè)試?yán)碚?/span>32-33
• 2.1.2 彎曲測(cè)試?yán)碚?/span>33-34
• 2.1.3 扭轉(zhuǎn)測(cè)試?yán)碚?/span>34-35
• 2.2 復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器的功能原理35-38
• 2.2.1 拉伸/壓縮單元的功能原理35
• 2.2.2 彎曲單元的功能原理35-36
• 2.2.3 扭轉(zhuǎn)單元的功能原理36-37
• 2.2.4 原位監(jiān)測(cè)模塊的功能原理37-38
• 2.3 復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)特性分析38-47
• 2.3.1 機(jī)架單元的靜動(dòng)態(tài)特性分析38-40
• 2.3.2 拉伸/壓縮單元的靜動(dòng)態(tài)特性分析40-42
• 2.3.3 三點(diǎn)彎曲單元的靜動(dòng)態(tài)特性分析42-43
• 2.3.4 扭轉(zhuǎn)單元的靜動(dòng)態(tài)特性分析43-45
• 2.3.5 原位監(jiān)測(cè)模塊靜動(dòng)態(tài)特性分析45-47
• 2.4 復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器整機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性分析47-49
• 2.4.1 整機(jī)靜態(tài)特性分析47-48
• 2.4.2 整機(jī)動(dòng)態(tài)特性分析48-49
• 2.5 整機(jī)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試49-56
• 2.5.1 機(jī)架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試50-53
• 2.5.2 拉伸/壓縮單元夾具的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試53
• 2.5.3 三點(diǎn)彎曲單元的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試53-54
• 2.5.4 扭轉(zhuǎn)單元的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試54-55
• 2.5.5 原位監(jiān)測(cè)模塊的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試55-56
• 2.6 本章小結(jié)56-57
• 第3章 復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器性能的測(cè)試分析57-73
• 3.1 復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器的集成57
• 3.2 復(fù)合載荷原位力學(xué)測(cè)試儀器加載單元測(cè)試分析57-70
• 3.2.1 拉伸/壓縮單元工作特性測(cè)試分析57-62
• 3.2.2 三點(diǎn)彎曲單元工作特性測(cè)試分析62-65
• 3.2.3 扭轉(zhuǎn)單元工作特性測(cè)試分析65-70
• 3.3 原位監(jiān)測(cè)模塊的測(cè)試分析70-71
• 3.4 本章小結(jié)71-73
• 第4章 材料損傷的聲發(fā)射原位監(jiān)測(cè)73-85
• 4.1 聲發(fā)射的測(cè)試原理73
• 4.2 聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生的機(jī)制73-74
• 4.2.1 位錯(cuò)AE源機(jī)制74
• 4.2.2 裂紋萌生與擴(kuò)展AE源機(jī)制74
• 4.3 聲發(fā)射信號(hào)的參數(shù)分析法74-75
• 4.4 聲發(fā)射源的時(shí)差定位75-76
• 4.5 聲發(fā)射對(duì)預(yù)制 3V型缺陷裂紋的萌生、擴(kuò)展和斷裂的表征76-81
• 4.6 3V型預(yù)制缺陷裂紋源的聲發(fā)射定位81-82
• 4.7 本章小結(jié)82-85
• 第5章 材料微觀(guān)力學(xué)性能原位測(cè)試試驗(yàn)研究85-115
• 5.1 單一載荷下的原位測(cè)試85-92
• 5.1.1 原位拉伸測(cè)試86-88
• 5.1.2 原位三點(diǎn)彎曲測(cè)試88-90
• 5.1.3 原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試90-92
• 5.2 復(fù)合載荷下的原位測(cè)試92-103
• 5.2.1 扭轉(zhuǎn)－拉伸復(fù)合原位測(cè)試92-94
• 5.2.2 拉伸－扭轉(zhuǎn)復(fù)合原位測(cè)試94-96
• 5.2.3 拉伸－彎曲復(fù)合原位測(cè)試96-97
• 5.2.4 拉伸－扭轉(zhuǎn)－彎曲復(fù)合原位測(cè)試97-101
• 5.2.5 扭轉(zhuǎn)－拉伸－彎曲復(fù)合原位測(cè)試101-103
• 5.3 預(yù)制缺陷試件的單一載荷原位測(cè)試103-113
• 5.3.1 預(yù)制缺陷試件的原位三點(diǎn)彎曲測(cè)試104-108
• 5.3.2 預(yù)制缺陷試件的原位拉伸測(cè)試108-110
• 5.3.3 預(yù)制缺陷試件的原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試110-113
• 5.4 本章小結(jié)113-115
• 第6章 總結(jié)與展望115-117
• 參考文獻(xiàn)117-127
• 作者簡(jiǎn)介與攻讀學(xué)位期間的主要研究成果127-129
• 致謝129

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：575446