用于金属材料单轴本构关系估算的长条形试样小冲杆试验方法研究

常规的小冲杆试验技术获取宏观材料的力学性能主要是通过经验关联法.但是经验关联法受小冲杆试验装置和试样尺寸的限制,尚没有一个统一的、公认的经验关联公式.为实现小冲杆试验技术获得材料的半解析解公式,采用新型长条形小冲杆试样,基于能量等效原理并结合有限元计算,提出了关于该试样的Chen-Cai半解析方程的4个系数,进而提出了依据长条形小冲杆试样的载荷-位移曲线估算金属材料的单轴本构关系的新型试验方法.针对Q345R钢和904L不锈钢,新方法的单轴本构关系估算结果与单轴拉伸试验结果较为吻合.     

基于A350锻件各向异性材料的小冲杆试验研究

通过小冲杆试验对锻造A350各向异性材料沿着轴向和周向两个方向进行了试验研究,并对所做的小冲杆试验数据和试样金相和断口形貌进行了分析。结果表明小冲杆试验可以有效地应用于评价各向异性材料的力学性能,对常规拉伸材料和小冲杆试样的断口对比分析,发现它们具有相同的断裂机理,为小冲杆试验与常规拉伸试验相关联提供了事实依据,同时也观察到试验中的尺度效应,小冲杆试样断口形貌韧窝尺寸要大于常规力学拉伸试样断口韧窝尺寸,本试验尺度下的小冲杆试样仍能够与常规力学试验数据有效地经验关联。     

高温长期运行Cr-Mo钢断裂性能微试样测试实验研究

开展采用小冲杆微试样试验技术评定材料断裂性能的研究.针对2.25Cr-1Mo钢(脆化态和脱脆态)及1.25Cr-0.5Mo钢,将小冲杆试验测试结果与常规冲击韧度及断裂韧度试验结果相关联,得到小冲杆试样变形过程中消耗的总变形能与常规夏比冲击功间的对应关系经验公式,以及小冲杆试样等效断裂应变与材料延性断裂韧度间的关联式,说明可以直接采用小冲杆试验结果估算材料的冲击及断裂韧度值,为无法取标准试样进行材料抗断裂性能测试场合提供了一种可行的间接测试技术.     

小冲杆试验方法标准化研究（一）——通用要求

小冲杆试验方法是一种针对材料性能评价的微型试样测试技术,经过各国研究人员30余年的不断研究,该技术日趋成熟并已经在相关领域应用。由于各国的技术路线不同,其试验设备要求、试件尺寸、数据处理方法等均不统一,因此制订中国小冲杆试验法标准十分必要。分析了小冲杆试验法试验设备的关键性能指标,提出了试验设备的技术要求;分析了目前各国采用的小冲杆试样尺寸和模具尺寸及其对力学性能的影响,讨论并提出了标准试样尺寸建议。     

尺寸效应对小冲杆试验方法评价拉伸性能的影响

为探究尺寸效应对小冲杆试验结果的影响,对镍基合金Incoloy 800H和低合金钢3Cr1MoV开展不同厚度试样(100～500μm)的小冲杆试验,并通过Ludwig硬化模型和有限元方法构建不同试样厚度下的力-挠度曲线和真应力数据库。基于数据库和小冲杆试验曲线获取不同试样尺寸下的真应力-塑性应变曲线。在此基础上预测了材料的强度性能,并建立了试样尺寸和流动应力以及强度性能的关系。结果表明,Incoloy 800H的拉伸性能随着试样厚度的减小逐渐增加,而试样尺寸对3Cr1MoV的拉伸性能影响很小。就拉伸性能对厚度不同的依赖关系进行探讨,为小冲杆试验方法预测拉伸性能时试样厚度的选择设计提供了依据。     

U 型缺口小冲杆试验评价材料的各向异性

利用开U型缺口小冲杆试样对各向异性材料的轴向、周向和径向三个方向进行了不同温度试验研究,通过小冲杆能量随温度的变化,确定出小冲杆试验的转变温度TSP。结果表明,开U型直线槽小冲杆试验可以表征各向异性材料不同方向的韧脆转变温度及上平台冲击功之间的区别。结合常规小冲杆试验（不开缺口）,得到开U型缺口的小冲杆试验能够更有效地应用于评价各向异性材料的力学性能。     

用小冲杆试验法评估304L不锈钢的应力腐蚀敏感性

利用小冲杆试验对304L不锈钢进行了应力腐蚀敏感性评估,研究了加载速度和腐蚀介质对评估结果的影响,并对小冲杆试样的断口形貌和显微组织进行了分析。结果表明:最适合304L不锈钢评估的小冲杆应力腐蚀试验介质为1.0mol.L-1 NaCl+0.5mol.L-1 HCl混合溶液,加载速度为3×10-3 mm.min-1;在以上介质中,304L不锈钢小冲杆试样断口以穿晶解理断裂为主,部分为准解理断裂;小冲杆试验法是一种有效的应力腐蚀敏感性评估手段,且具有快速近乎无损等特点。     

基于微小试样法的国产A508-Ⅲ钢力学性能测试研究

小冲杆试验法是利用冲杆冲压试样薄片,并记录试片从变形到失效的全过程的载荷一位移曲线,并借此分析得到材料屈服强度、抗拉强度等力学性能的试验方法。该方法所需材料少,特别适合于试验材料缺乏或在役设备的无损取样检测的情况。采用小冲杆试验法测试国产A508-Ⅲ钢的力学性能（包括屈服强度、抗拉强度）,并且与传统的标准试样测试的拉伸性能进行了比较,结果表明采用小冲杆试验方法能够有效测试材料的屈服强度及抗拉强度。     

小冲杆试验参数的有限元分析

小冲杆试验(small punch test，SPT)技术作为一种新型微试样试验技术近年来发展很快，通过极少量试样材料进行试验就可以得出材料的诸多性能。由于小冲杆试验过程很复杂，如果想直接用分析的办法得到令人满意的解析解很难，早期的一些研究也多重于经验公式的推导。随着计算机技术的发展，有限元方法(FEM)作为一种模拟分析工具逐渐应用到小冲杆试验研究中，文中通过ABAQUS有限元分析软件模拟小冲杆试验过程，并对试验中的钢珠直径d、下夹头直径D和试样厚度t以及摩擦因数μ的变化对试验结果的影响进行考察分析，发现试验结果对t的微小精度差异相当敏感，因此在圆片试样制备中要特别注意试样厚度t的尺寸精度。此外因为目前小冲杆试验参数D和d还不是很统一，因此对D、d不同而引起的载荷一位移曲线变化趋势的讨论将有助于分析比较不同研究者的试验结果。     

钛基复合材料小冲杆试验的有限元分析

采用小冲杆试验方法对Ti-6Al-4V合金和原位生成体积分数为5%,10%的TiB与TiC颗粒混合增强Ti-6Al-4V基复合材料的力学性能进行了试验,采用有限元分析了试样厚度和摩擦因数等试验条件对试验结果的影响。结果表明:有限元模拟的载荷-位移曲线与小冲杆试验曲线的走向基本一致,试样承受的最大载荷对其厚度十分敏感;载荷-位移曲线对于试样的摩擦因数并不敏感;通过有限元模型中的参数计算的三种钛材料的断裂韧度J_(IC)和小冲杆试验总能量E_(sp)与等效断裂应变存在线性关系,并建立了相应的经验公式。     

小冲杆试验评价材料的断裂韧度

为了评价材料断裂韧度，通过小冲杆试验对2．25Cr1Mo的回火脆态、脱脆态、焊缝区以及1．25Cr0．5Mo钢进行了试验研究，并对所得的小冲杆试验数据进行了分析。结果表明小冲杆等效断裂应变εe与小冲杆能量Esp之间存在重要的线性关系；同时发现断裂点的小冲杆能量值与材料的断裂韧度值线性相关。该方法为无法获取标准试样进行材料抗断裂性能评价场合提供了一种可行的测试技术。     

小冲杆试验评估X80管线钢的拉伸性能

对X80管线钢进行单轴拉伸试验和小冲杆试验,通过将两者相关联,研究了试样厚度对小冲杆试验得到的弹性模量、屈服载荷、最大载荷的影响,并给出了以厚度为自变量的X80管线钢屈服强度、抗拉强度经验公式。结果表明:小冲杆试验得到的屈服载荷、最大载荷与试样厚度的平方成线性关系;由建立的经验公式计算得到的屈服强度和抗拉强度受厚度的影响较小,与单轴拉伸试验结果的最大相对误差分别为11.2%,12.3%。     

不同小试样测量蠕变性能的比较研究

小试样蠕变试验技术,在服役构件力学性能测试中得到了广泛的发展与应用。目前已有小尺寸单轴试验、小冲杆试验、剪切冲压试验、压痕试验、三点弯试验、悬臂梁试验、固支直杆弯曲试验、圆环试验和双杆试样等方法。基于上述小试样方法,重点从试样尺寸、应力状态、关联式类型、蠕变性能、变形测量和影响因素等方面,全面地综述不同小试样测量材料蠕变性能的方法和结果的异同。通过对比发现,不同类型试样所得蠕变曲线差异较大。小冲杆试样的数据转换过程较为复杂,试验过程中影响因素较多。悬臂梁试样和圆环试样的等效标距较大,变形测量误差小。三点弯、悬臂梁和圆环试样,蠕变试验过程中存在大变形效应,可采用临界载荷法预先控制试验载荷范围。固支直杆弯曲试样方法对摩擦的敏感性较低,可获得较为准确的断裂数据。所得结论为选择合适的小试样方法测试材料的蠕变性能提供理论指导和依据。     

小冲杆试验技术在金属材料性能评定中的应用

引入小冲杆试验法,根据其测试原理获得2.25Cr1Mo钢、2.25Cr1Mo钢、1.25Cr0.5Mo钢三种材料的P-δ曲线,定量判定材料的机械性能;同时分析试样,定性判定材料性能.     

小冲杆蠕变测试技术的研究综述

小冲杆测试技术是一种评价材料性能的微型试样测试技术,可以确定材料弹性模量、屈服强度、塑性性能、抗拉强度、韧-脆转变温度、断裂韧性、蠕变性能等力学性能。该技术在新合金材料验证、焊缝热影响区性能描述、服役设备的剩余寿命预测等方面,得到各国学者的广泛关注和研究。其中,在材料蠕变性能的分析和预测方面,由于小冲杆蠕变测试技术具有表征全阶段单轴蠕变曲线的潜力,为高温服役设备蠕变性能评估及蠕变寿命预测提供了新的方法。小冲杆蠕变测试技术的理论和应用等方面已经取得了重要进展,但与传统蠕变测试方法相比,理论体系还不完善,在一些领域的应用尚处在探索和发展阶段,缺乏相关试验标准的指导,因此,有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结。基于现有国内外学者的相关研究成果,对小冲杆蠕变测试技术的试验系统、试样制备、试验操作、试验理论体系、有限元建模方法、试验结果处理、蠕变寿命分析方法等进行了综述;分析了目前该方法发展中的技术难题,对其未来发展趋势进行展望,以促进小冲杆测试技术的进一步发展。     

剪切修正GTN模型在小冲杆试验中的应用研究

小冲杆试验作为一种非标准的微试样测试技术,能有效地获取薄板结构的材料参数。而选用合适的损伤模型对准确表征材料变形到断裂的整个过程有着重要影响。基于NAHSHON提出的含剪切修正项的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型,通过有限元软件ABAQUS及用户自定义子程序VUMAT考察不同应力三轴度对断裂失效的影响。采用有限元模拟和拉伸试验获得冷轧硅钢材料的无损伤弹塑性力学参数以及GTN损伤演化模型中的形核参数和临界断裂参数,通过纯剪切试验和数值模拟的对比确定出材料中微孔洞的剪切变形对材料损伤演化的贡献。运用剪切修正的GTN模型对小冲杆试验进行模拟,结果表明,由于修正GTN模型考虑了微孔洞剪切畸变的对材料损伤影响,模拟结果比原GTN模型更接近于试验数据,可更好地应用于小冲杆试验的研究。     

塔机材料常规缺陷的声发射定位与辨识技术

故障源的实时定位和特性辨识是塔机安全评价及故障预防的关键。试验采用塔机常用材料Q235无缺陷、裂纹及焊接缺陷试件,利用GPS-100高频疲劳试验机和SDAES数字型声发射仪采集在不同载荷下试样的声发射信号,通过结合信号分析技术得出缺陷试件的故障定位、信号的频谱特征和参数特征分析,总结了Q235常规缺陷试样典型声发射信号的主要特征参数的范围。论文研究工作为声发射技术在塔机危险源的检测研究提供了非常重要的学术价值和指导意义。     

基于响应面法剪切修正GTN模型损伤参数的确定

采用Nahshon-Hutchinson剪切修正GTN损伤模型对小冲杆试验进行有限元仿真。以硅钢板为研究对象,基于有限元仿真和因子试验设计方法,研究了损伤演化参数对小冲杆试验载荷-位移曲线的影响程度,得出影响模拟准确性的关键参数为f_N、ε_N、k_s,并应用响应曲面法确定了这些参数的取值;断裂参数f_c、f_F以小冲杆试验载荷-位移曲线模拟和实验结果对比的方法进行标定。最后,基于不同厚度的小冲杆试样进行实验和模拟结果对比,验证了所确定参数的有效性。     

小冲杆试验法的研究

针对石化等行业高温高压设备的使用现状,分析了基于无损取样和微型试样测试材料性能的迫切需求,引入了评价材料性能的小冲杆试验法,详细介绍了其原理、发展及其应用前景。     

小冲杆试验用电磁夹具的研制

分析了典型小冲杆试验用夹具的缺点,针对采用螺栓紧固微试样的夹具操作不方便、每次试验受力不均匀的现象,研制了一种可快速方便、用力均匀地固定小冲杆试验用微试样的电磁夹具。