本文關(guān)鍵詞：復合載荷原位力學測試儀器的動態(tài)特性分析與試驗研究

  更多相關(guān)文章： 復合載荷 微觀力學性能 原位測試 聲發(fā)射 預制缺陷 儀器 金相

【摘要】：在日常生產(chǎn)生活中,材料服役過程中通常會同時受到多種載荷的共同作用,導致其變形損傷、失效破壞,引發(fā)的各類事故時有發(fā)生。傳統(tǒng)的材料力學性能測試技術(shù)大都是單一載荷測試模式的,且難以原位監(jiān)測材料在加載過程中的微觀力學性能的變化和材料的變形損傷機制。面向?qū)W術(shù)界與工程界的需求,論文以研究復合載荷材料微觀力學性能原位測試原理與技術(shù)為出發(fā)點,在自制的原型樣機的基礎(chǔ)上,測試分析了多種載荷作用下典型材料微觀力學行為與變形損傷機制。論文在對復合載荷條件下材料微觀力學性能測試原理與技術(shù)以及原位監(jiān)測技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述分析的基礎(chǔ)上。開展了復合載荷條件下原位力學測試儀器模型靜動態(tài)的仿真分析、儀器總成、調(diào)試、校準等理論與技術(shù)的研究,在此基礎(chǔ)上,利用復合載荷原位力學儀器開展了典型材料在單一載荷和復合載荷條件下微觀力學性能的原位測試分析與研究。論文的主要研究內(nèi)容概括如下:論文采用ANSYS軟件對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元和整機開展了靜態(tài)特性分析和模態(tài)分析。仿真分析結(jié)果表明,復合載荷原位力學測試裝置的模型基本滿足要求。在測試理論分析的基礎(chǔ)上,論文對復合載荷原位力學儀器主機開展了動態(tài)特性測試,仿真分析的結(jié)果與測試結(jié)果相符。論文針對同批次材料制成的試件樣品,分別采用商業(yè)化試驗機和復合載荷原位力學測試儀器,開展了材料基本力學參數(shù)的測定,據(jù)此開展了實驗結(jié)果的對比分析,結(jié)合對比分析結(jié)果,對復合載荷原位力學測試儀器的測試精度進行了修正校準。復合載荷原位力學測試儀器拉伸測試結(jié)果與商業(yè)化試驗機的相對誤差為0.11%,三點彎曲測試結(jié)果的相對誤差為0.26%,扭轉(zhuǎn)測試結(jié)果的相對誤差是0.58%。在上述工作的基礎(chǔ)上,基于復合載荷原位力學測試儀器,論文對預制3V型缺陷試件,開展了載荷作用下裂紋萌生、裂紋擴展、試件斷裂的聲發(fā)射原位測試。試驗結(jié)果表明采用聲發(fā)射原位監(jiān)測手段可對裂紋的萌生、裂紋擴展以及裂紋的斷裂進行表征,并利用線性定位法,實現(xiàn)對裂紋源的定位。利用復合載荷原位力學測試儀器,論文還開展了針對20號鋼和球墨鑄鐵(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力學性能的原位測試。其中,在對試件樣品施加扭轉(zhuǎn)-II拉伸載荷時,發(fā)現(xiàn)20號鋼和球墨鑄鐵(QT400)的抗拉強度提高了,通過超景深顯微鏡原位監(jiān)測到在扭轉(zhuǎn)-拉伸載荷下材料微觀結(jié)構(gòu)的變化及變形損傷的演化過程。當給試件施加拉伸-扭轉(zhuǎn)載荷時,發(fā)現(xiàn)20號鋼的抗扭強度降低了,通過超景深顯微鏡原位監(jiān)測到因拉伸應(yīng)力的作用使晶粒被拉長,同時晶粒間隙增大。再施加扭矩后,晶粒被扭曲,晶粒的間隙進一步增大,因此材料的抗扭強度降低。當給試件施加拉伸-彎曲載荷、拉伸-扭轉(zhuǎn)-彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)-拉伸-彎曲載荷時,發(fā)現(xiàn)20號鋼和球墨鑄鐵(QT400)的抗彎強度提高了,通過超景深顯微鏡原位監(jiān)測到20號鋼和球墨鑄鐵(QT400)在不同載荷下材料微觀結(jié)構(gòu)的變化。采用復合載荷原位力學測試儀器對預制缺陷的試件樣品在單載荷的作用下,進行原位監(jiān)測,可以精確的監(jiān)測預制缺陷尖端形貌的變化,微裂紋萌生、擴展以及裂紋失穩(wěn)、快速斷裂。進而深入研究載荷作用下材料微觀力學行為和損傷演變機制。
【關(guān)鍵詞】：復合載荷 微觀力學性能 原位測試 聲發(fā)射 預制缺陷 儀器 金相
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 復合載荷模式材料力學性能測試技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 復合載荷力學測試儀器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 復合載荷力學性能測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3 原位測試技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-27
• 1.3.1 原位力學測試儀器的發(fā)展現(xiàn)狀21-22
• 1.3.2 原位力學測試技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-27
• 1.4 本文主要研究工作27-31
• 第2章 復合載荷原位力學測試儀器功能分析31-57
• 2.1 材料力學性能測試原理31-35
• 2.1.1 拉伸測試理論32-33
• 2.1.2 彎曲測試理論33-34
• 2.1.3 扭轉(zhuǎn)測試理論34-35
• 2.2 復合載荷原位力學測試儀器的功能原理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)測模塊的功能原理37-38
• 2.3 復合載荷原位力學測試儀器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)特性分析38-47
• 2.3.1 機架單元的靜動態(tài)特性分析38-40
• 2.3.2 拉伸/壓縮單元的靜動態(tài)特性分析40-42
• 2.3.3 三點彎曲單元的靜動態(tài)特性分析42-43
• 2.3.4 扭轉(zhuǎn)單元的靜動態(tài)特性分析43-45
• 2.3.5 原位監(jiān)測模塊靜動態(tài)特性分析45-47
• 2.4 復合載荷原位力學測試儀器整機靜動態(tài)特性分析47-49
• 2.4.1 整機靜態(tài)特性分析47-48
• 2.4.2 整機動態(tài)特性分析48-49
• 2.5 整機動態(tài)特性測試49-56
• 2.5.1 機架結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性測試50-53
• 2.5.2 拉伸/壓縮單元夾具的動態(tài)特性測試53
• 2.5.3 三點彎曲單元的動態(tài)特性測試53-54
• 2.5.4 扭轉(zhuǎn)單元的動態(tài)特性測試54-55
• 2.5.5 原位監(jiān)測模塊的動態(tài)特性測試55-56
• 2.6 本章小結(jié)56-57
• 第3章 復合載荷原位力學測試儀器性能的測試分析57-73
• 3.1 復合載荷原位力學測試儀器的集成57
• 3.2 復合載荷原位力學測試儀器加載單元測試分析57-70
• 3.2.1 拉伸/壓縮單元工作特性測試分析57-62
• 3.2.2 三點彎曲單元工作特性測試分析62-65
• 3.2.3 扭轉(zhuǎn)單元工作特性測試分析65-70
• 3.3 原位監(jiān)測模塊的測試分析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73-85
• 4.1 聲發(fā)射的測試原理73
• 4.2 聲發(fā)射信號產(chǎn)生的機制73-74
• 4.2.1 位錯AE源機制74
• 4.2.2 裂紋萌生與擴展AE源機制74
• 4.3 聲發(fā)射信號的參數(shù)分析法74-75
• 4.4 聲發(fā)射源的時差定位75-76
• 4.5 聲發(fā)射對預制 3V型缺陷裂紋的萌生、擴展和斷裂的表征76-81
• 4.6 3V型預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 材料微觀力學性能原位測試試驗研究85-115
• 5.1 單一載荷下的原位測試85-92
• 5.1.1 原位拉伸測試86-88
• 5.1.2 原位三點彎曲測試88-90
• 5.1.3 原位扭轉(zhuǎn)測試90-92
• 5.2 復合載荷下的原位測試92-103
• 5.2.1 扭轉(zhuǎn)－拉伸復合原位測試92-94
• 5.2.2 拉伸－扭轉(zhuǎn)復合原位測試94-96
• 5.2.3 拉伸－彎曲復合原位測試96-97
• 5.2.4 拉伸－扭轉(zhuǎn)－彎曲復合原位測試97-101
• 5.2.5 扭轉(zhuǎn)－拉伸－彎曲復合原位測試101-103
• 5.3 預制缺陷試件的單一載荷原位測試103-113
• 5.3.1 預制缺陷試件的原位三點彎曲測試104-108
• 5.3.2 預制缺陷試件的原位拉伸測試108-110
• 5.3.3 預制缺陷試件的原位扭轉(zhuǎn)測試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117-127
• 作者簡介與攻讀學位期間的主要研究成果127-129
• 致謝129

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 ;國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)[J];中國安防;2006年01期

2 沈功田,耿榮生,劉時風;聲發(fā)射源定位技術(shù)[J];無損檢測;2002年03期

3 萬敏,洪強,吳向東,周賢賓;十字形試件雙向拉深試驗系統(tǒng)建立及加載精度分析[J];機械工程學報;2001年01期

4 韓永志;統(tǒng)計學在理化檢驗中的應(yīng)用 第四講 測量方法的重復性及復現(xiàn)性[J];理化檢驗(化學分冊);1999年12期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 黃虎;壓痕/劃痕測試若干理論與基于自制儀器的試驗研究[D];吉林大學;2014年

2 馬志超;塊體材料原位拉伸—疲勞測試理論與試驗研究[D];吉林大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 高景;拉伸—剪切復合載荷原位力學測試裝置設(shè)計分析與試驗研究[D];吉林大學;2015年

2 程虹丙;拉伸—彎曲復合載荷原位力學測試裝置設(shè)計與試驗研究[D];吉林大學;2015年

3 劉宏達;拉伸—扭轉(zhuǎn)原位力學測試裝置設(shè)計分析與試驗研究[D];吉林大學;2015年

4 董曉龍;原位四點彎曲測試裝置的設(shè)計分析與試驗研究[D];吉林大學;2015年

5 胡曉利;原位三點彎曲測試裝置的開發(fā)與試驗研究[D];吉林大學;2014年

6 白美林;微觀力學性能原位剪切測試裝置的設(shè)計與試驗研究[D];吉林大學;2014年

7 張攀峰;可原位觀測拉扭復合試驗機的設(shè)計及動靜態(tài)分析[D];吉林大學;2014年

8 王開廳;材料微觀力學性能原位拉伸測試儀研制與試驗研究[D];吉林大學;2013年

，

本文編號：575446