岩石材料史氏硬度标准测试影响因素敏感性分析

在油气工程领域,岩石史氏硬度是刻画地层抗钻特性,优化钻头和钻井工艺的重要技术参数。然而,目前史氏硬度测试缺乏统一的测试方法和标准,各种测试因素对结果的影响不明确,导致各实验室的硬度测试结果缺乏可比性。本研究以有机玻璃,水泥及露头砂岩3种材料为例,综合密度、波速、CT图像、史氏硬度测试等多个角度探讨了标准测试样品的选取、制备及物理力学特性的评估过程,并开展了史氏硬度测试敏感性分析。结果表明,岩性类型控制着压入曲线形态、史氏硬度值及压入破坏特征;史氏硬度测试结果还受试样尺寸、加载速率、压头直径、压痕点位置等因素的显著影响,硬度值与试样尺寸、加载速率呈正相关关系,但与压头直径呈负相关关系;压痕点位于样品中心一点比位于边缘点时测试的硬度值更高。此研究深度探讨了史氏硬度测试结果稳定性与准确性所依赖的核心因素,研究成果有助于推动岩石硬度测评与分级标准的建立。

残余应力影响压痕尺寸和隆起量的研究

残余应力的存在直接影响材料的力学性能,在压痕法中影响其压痕形状大小、压入载荷—位移曲线和隆起量,因此通过比较压痕形状大小、压入载荷—位移曲线和隆起量的大小,可以推断出构件内部残余应力,再通过有限元研究不同程度的残余应力对压痕形状、压入载荷—位移曲线和隆起量的影响。研究结果表明,残余压应力使压痕尺寸变小,残余拉应力使压痕尺寸变大,不同性质和大小分布的残余应力使压痕形状为椭圆形,压入载荷—位移曲线斜率和隆起量高度随着残余压应力的增加而增加,随着拉应力的减小而减小,当构件内部存在一定程度的残余拉应力时,随着压入载荷的继续增加出现负隆起量(沉降量),沉降量的大小与压入载荷的大小和残余拉应力的程度有关。

微纳米压痕测试技术:发展与应用

近年来,具有高精度、高通量的微纳米压痕测试技术,已被广泛应用于研究微/纳米尺度下材料力学性能演化规律和变形行为中。然而,在航空航天材料试验测试领域,令研究人员更感兴趣的往往是如何更好地揭示材料工程性能,更好地理解材料在服役环境下变形损伤机制。因此,接近材料真实服役环境(如高/低温、电/磁场)下的微纳米压痕测试系统更具应用潜力。首先对传统的微纳米压痕测试技术进行回顾总结,涉及测试系统的组成、经典分析理论方法及其面临的尺度/尺寸效应。然后,简要描述典型磁电弹性材料在力-电-热-磁多场耦合环境下接触力学行为的解析模型,并着重阐述面向材料实际服役环境下的压痕测试技术的典型应用,包括高/低温纳米压痕测试和电/磁场耦合条件下的纳米压痕测试应用。最后,讨论了目前发展所面临的主要问题和挑战,这对微纳米压痕测试技术的进一步发展和先进应用具有重要意义。