室温拉伸试验的不同速率控制模式对判读低碳钢下屈服点的优劣对比

在金属材料室温拉伸试验中,应变速率控制和位移速率控制是两种常用的控制模式。本文通过在实际试验操作中获得的数据、曲线来说明位移速率控制在材料下屈服点判读方面的劣势和应变速率控制在下屈服点判读方面的明显优势。应变速率控制测得的试验力-变形曲线上、下屈服点一目了然,易于判读,下屈服强度易于计算;位移速率控制测得的试验力-变形曲线在上屈服点附近纠结杂乱,下屈服点难以判别。同时,笔者还发现应变速率控制在试样屈服瞬间由于试样表面产生滑移现象导致试验机不能准确监控试样变形即会造成试验机短时间失控,这是应变速率控制的一大难点。关于这一难点,本文还给出了假想解决方案。     

球压痕试验法评价金属材料的强度

通过单次压痕试验与有限元模拟相结合的方法,结合反向分析方法与模拟退火粒子群算法,从获得的载荷-深度曲线加载部分提取材料的塑性参数,基于Ludwig硬化模型预测了不同金属材料的强度,并与单轴拉伸试验结果进行对比。结果表明:模拟得到的载荷-深度曲线与试验得到的几乎重合,二者的相对误差小于0.5%,说明模拟退火粒子群算法可有效地从压痕载荷-深度曲线中提取出金属材料的塑性参数;基于Ludwig硬化模型,利用反向分析方法从压痕载荷-深度曲线中提取的真应力-真塑性应变曲线不是唯一的,但从真应力-真塑性应变曲线计算得到的强度具有明显的收敛趋势;采用压痕试验得到不同金属材料的强度均接近于由拉伸试验得到的,屈服强度与抗拉强度的最大相对误差分别为5.9%,4.3%,说明采用压痕试验法可以准确地评价金属材料的强度。     

用于延性材料力学性能测定的圆柱平面-小冲杆试验新方法与应用

针对均匀、各向同性、幂律硬化的金属材料圆片试样,以圆柱平面小冲杆对试样圆面中心法向施加压载荷,提出基于能量密度等效的、用于描述试样几何尺寸、材料本构关系参数、载荷和位移之间关系的圆柱平面-小冲杆试验(Flat small punch test, F-SPT)弹塑性模型,并提出获取材料应力-应变曲线和力学性能指标的F-SPT新方法。通过有限元分析对不同弹性模量、屈服强度和硬化指数组合的48种预设材料进行新方法的数值验证,以及对10种金属材料完成F-SPT,结果表明,由新方法获得的应力-应变曲线与有限元分析预设曲线和传统单轴拉伸试验结果吻合良好,此外,由新试验方法获得的弹性模量、屈服强度和抗拉强度与单轴拉伸试验结果误差大部分低于7%。     

我国国家标准中金属力学性能指标的定义及表示方法

近年来我国制订和修订了很多“金属力学性能试验方法”国家标准。现将常用的一些力学性能试验方法国家标准中关于金属力学性能指标的工程定义及表示方法介绍如下。一、金属拉伸性能指标(依据GB 228-87“金属拉伸试验方法”)1.屈服点:呈现物理屈服现象的金属材料,试样在试验过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力。以σ_(?)表示,单位为N/mm~2。如果试验过程中力发生下降,则应区分上、下屈服点.     

基于名义硬度的金属材料塑性参数压入识别方法

采用量纲分析和有限元数值仿真建立了对应Vickers压头和面角为172°的四棱锥压头的特征应力和特征应变与名义硬度的函数关系式,以此为基础建立了基于名义硬度的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法。6061铝合金、S45C碳钢、SS316不锈钢、SS304不锈钢和黄铜5种金属材料条件屈服强度σ0.2的识别误差为-17.1%~15.4%,应变硬化指数n的识别误差为-0.125~0.11,基本满足工程需要,验证了建立的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法的有效性。     

应变速率和位移速率对测定金属材料屈服强度影响的探讨

采用应变速率、位移速率和分段进行应变速率控制模式,测定有明显物理屈服金属材料的拉伸屈服强度,分析应变速率和位移速率对测定屈服强度影响,探讨在拉伸试验中如何正确使用应变速率控制模式。     

金属材料的平面应力非连续分叉

对已有弹塑性体非连续分叉结果进行了修正 ,使其更为合理。在此基础上 ,基于统一屈服准则 ,得出了金属材料非连续分叉的起始方位角以及相应的硬化模量的统一解析解 ,并且分析了不同程度的中间主应力对结果的影响。进而发现所得的结果与屈服准则的选取有关 ,揭示了在分叉研究中正确选取符合金属材料特性的强度准则的重要性。     

一种高聚物的高低温本构模型

随着高聚物在汽车工业中的应用日益增加,高聚物的性能对汽车的安全性有着不容忽视的影响,尤其是高聚物在高低温下的力学性能差异巨大。因此,结合国内外学者的理论研究与试验基础以及实际使用要求,推导出高聚物在高低温下的三参数本构方程。该本构模型与材料力学性能的基本特征量建立关系,直接由弹性模量E、屈服强度δ_y、应变ε三参数表示,并包含弹性模量、屈服强度与温度的双曲关系。该模型通过常温应力应变试验数据,及高低温下至少4个屈服强度与弹性模量的试验数据即可实现高聚物在高低温下的力学性能预测,极大降低由于高低温引伸仪的使用而造成的试验难度与强度。本构模型的可行性与有效性通过多种高聚物材料的试验数据得到验证,该本构模型可作为获取高聚物高低温力学性能的有效手段。     

名词解释

<正>屈服点(σs)钢材或试样在拉伸时,当应力超过弹性极限,即使应力不再增加,而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形,称此现象为屈服,而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。设Ps为屈服点s处的外力,Fo为试样断面积,则屈服点σs=Ps/Fo     

超过屈服点的设计

只要承认塑性的存在,或者说应用超过屈服点的强度,就能提高结构物的公称能力而不用改变它的尺寸、形状和金属材料的特性。初看起来,这似乎是无中生有的冒险企图,但是塑性设计已经包含在一般工程之中,而且也是现在的标准和产品技术条件所承认的。     

基于机器学习的石油装备用大截面高强韧马氏体钢智能设计与性能研究

为了满足超深层油气资源开发需求,针对石油装备用强度等级最高的低碳马氏体钢,结合成分性能大数据,基于四种不同机器学习方法分别建立了大截面高强韧低碳马氏体钢成分-强度和成分-硬度预测模型,分析表明,神经元层数为4、层深为64的人工神经网络模型的性能预测精度和拟合程度最好。采用遗传算法对材料成分进行智能最优化设计,获得CrNiMo和SiMnCrNiMo两种材料系中屈服强度大于1100 MPa、硬度大于42HRC、碳含量小于0.22%的最优成分,材料的端淬硬度分布曲线与预测值基本一致,最大误差小于3HRC。依据优化设计成分进行多批次产品生产制造后结果表明,150 mm直径的构件全截面获得95%以上的细小针状马氏体组织,屈服强度大于1100 MPa,低温冲击吸收能大于45 J,满足服役性能要求,预测结果与生产实验结果具有较高的一致性。将材料大数据与机器学习相结合实现了材料的智能化设计开发,为高性能材料的开发提供了新途径。     

Plastic deformation behavior of a uniaxial metal matrix composite under transverse compression

Plastic deformation behavior of a stainless-steel/Sn−Bi composite was examined using transverse compression tests on rectangular specimens under plane strain loadings. Based on the anisotropic yield criterion proposed by Hill, a theoretical analysis on the relationship between the yield strength of the matrix material and the yield strength of the composite was developed and compared to experimental results. Experiments were carried out to investigate the effects of the forming parameters such as yield strength of the matrix material, fiber packing patterns, fiber volume fraction, and lubrication of the compression platens, on the plastic deformation behavior of the metal matrix composite. Failure modes of the composite included shear band formation and eye formation at the fiber-matrix interface. Low deformability in the transverse directions was found for the metal matrix composite specimen. The theoretical and experimental results on the effects of the forming parameters provide basic information for further research on the transverse compression of metal matrix composite materials.     

基于材料力学性能的最低设计金属温度曲线分析

铁素体钢在低温条件下存在明显的韧脆转变现象。为防止脆断事故的发生,需要确定铁素体钢制压力容器的最低使用温度。针对ASME中的A^D四条冲击豁免曲线,对应地选取了4种材料,基于材料实际的屈服强度和参考温度,按照ASME中豁免曲线的计算方法,计算得到4种材料的最低设计金属温度曲线,并与对应的A^D曲线对比,定量地分析ASME中豁免曲线的保守性。结果表明,ASME中的豁免曲线相对于材料自身的最低设计金属温度曲线保守性较大;韧性相近的材料被划分到不同的豁免曲线,使得韧性富裕量差异较大,对于某些材料,其断裂韧性被低估。     

复合陶瓷挺柱钎焊变形的研究及其控制

复合陶瓷挺柱钎焊后,由于陶瓷、金属线膨胀系数的不同,在挺柱中产生较大的残余应力和变形,从而影响其使用性能,通过试验,研究了影响挺柱变形的因素和规律。结果表明,钢套的强度和厚度、钎料的厚度、熔点及强度是影响挺柱焊后变形的主要因素,采用高屈服极限或者较厚的钢套时钎焊变形较小;钎料厚度较厚时钎焊变形较大,采用低熔点,低屈服极限的Sn基活性钎料可显著地降低钎焊变形,基本可能满足挺柱工作的表面凸起量要求。     

基于DCT的电网金属材料金相压缩算法

为了实现对电网金属材料的定量金相分析,加快存储和传输电网金属材料金相显微组织图像的速度,对基于离散余弦变换（DCT）的JPEG图像压缩算法进行了研究。采用基于DCT的JPEG图像压缩算法,以MATLAB图像处理工具箱为软件平台对系统进行试验。试验结果表明,所设计的压缩算法满足定量金相分析图像压缩的设计要求,既可保证有较高的压缩比,又可保证较好的图像质量,大大提高了图像压缩的效率,实现了电网金属材料金相显微组织图像数据的压缩。     

屈服强度对压痕应变法测量焊接应力中应变增量的影响

压痕应变法测量焊缝残余应力时采用母材的标定系数,常常由于焊缝和母材屈服强度的较大差异而带来严重误差.文中首先针对焊缝应力的计算方法提出改进,然后采用有限元数值模拟,针对直径2.0 mm球形压头和0.2 mm的压入深度,分析距离压痕中心4 mm～6 mm范围内不同屈服强度材料的塑性区变化特征,以及不同屈服强度材料的压痕叠加应变增量和有效应力(外加应力和屈服强度之比)之间的关系,获得一系列有价值的结果,基本解决了压痕应变法测量焊缝残余应力中用母材标定结果计算焊缝应力存在的误差问题.     

Yield strength of molybdenum at high pressures

In the diamond anvil cell technology, the pressure gradient approach is one of the three major methods in determining the yield strength for various materials at high pressures. In the present work, by in situ measuring the thickness of the sample foil, we have improved the traditional technique in this method. Based on this modification, the yield strength of molybdenum at pressures has been measured. Our main experimental conclusions are as follows: (1) The measured yield strength data for three samples with different initial thickness (100, 250, and 500 microm) are in good agreement above a peak pressure of 10 GPa. (2) The measured yield strength can be fitted into a linear formula Y=0.48(+/-0.19)+0.14(+/-0.01)P (Y and P denote the yield strength and local pressure, respectively, both of them are in gigapascals) in the local pressure range of 8-21 GPa. This result is in good agreement with both Y=0.46+0.13P determined in the pressure range of 5-24 GPa measured by the radial x-ray diffraction technique and the previous shock wave data below 10 GPa. (3) The zero-pressure yield strength of Mo is 0.5 GPa when we extrapolate our experimental data into the ambient pressure. It is close to the tensile strength of 0.7 GPa determined by Bridgman [Phys. Rev. 48, 825 (1934)] previously. The modified method described in this article therefore provides the confidence in determination of the yield strength at high pressures.