碳纳米管填充PTFE的制备及平头型小冲杆测试研究

采用冷压烧结法制备了经过不同表面处理和不同含量多壁碳纳米管(MWCNTs)改性的聚四氟乙烯(PTFE)材料,探索采用平头型小冲杆测试方法对材料进行性能测试。得到了材料的载荷-位移曲线,发现不同的表面处理和不同含量的MWCNTs对聚四氟乙烯复合材料性能具有不同的增强效果。通过对填充材料的扫描电镜(SEM)分析,认为MWCNTs可以导致PTFE材料纤维韧性强化的倾向。

试样厚度对小冲杆试验力与材料强度相关性的影响

为了研究试样厚度对小冲杆试验力与材料强度相关性的影响,针对不同厚度(0.1~0.5 mm)的小冲杆试样,使用无屈服平台的虚拟材料进行了有限元模拟。通过提取并分析有限元模拟结果中固定挠度下的小冲杆试验力,证明了小冲杆试验力与材料屈服强度和抗拉强度的双线性关系,且厚度的变化不会影响该相关关系的皮尔逊相关系数。随机生成了屈强比在0.55~0.9之间,屈服强度在200~1000 MPa之间的100种虚拟材料,并通过有限元模拟获得了大量数据,进而采用退火粒子群算法得出了固定挠度下小冲杆试验力和材料强度的关联系数。采用4种真实材料验证了小冲杆试验力与材料强度呈双线性关系的结论。

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。

小冲杆和压入测试技术获取材料真应力-应变曲线的对比研究

小冲杆和压入测试技术是测量在役设备以及涂层、焊缝等局部区域力学性能的有效途径。对两种测试方法获取材料真应力-应变曲线的准确性和抗干扰能力进行了对比研究。首先提出了基于材料数据库通过小冲杆或压入的载荷-位移曲线反求材料真应力-应变数据的统一方法;然后通过虚拟材料和2.25Cr1Mo钢对数据库方法的准确性进行了验证;最后对小冲杆和压入测试技术反求真应力-应变曲线的抗干扰能力进行了比较分析。结果表明,通过小冲杆法或压入法的载荷-位移曲线均能获得准确的材料真应力-应变数据,但是当载荷-位移曲线与材料响应存在偏差时,两种测试方法的抗干扰能力不同,当载荷-位移曲线的偏差为1%时,通过小冲杆曲线和压入曲线反求的真应力-应变数据误差分别为2.5%和8.7%;当载荷-位移曲线的偏差为0.5%时,通过小冲杆法反求的真应力-应变数据误差仅为1.2%,但是压入法求得的结果误差仍高达4.8%;相同偏差下,小冲杆法比压入法具有更好的抗干扰能力,增加压入深度时,压入法的抗干扰能力有所提高。

小冲杆试验测定重离子辐照A508-3钢的硬化和脆化

目的采用小冲杆测试方法测量高能重离子辐照反应堆压力容器A508-3钢的辐照硬化和脆化特性,为工况条件下反应堆压力容器寿命预测提供实验依据。方法采用兰州重离子加速器提供的高能C^(6+)离子通过减能装置在290℃条件下开展A508-3钢辐照实验,并在样品表面形成一定厚度、准均匀分布的离位损伤层。通过开展不同辐照剂量辐照样品的小冲杆测试,得到不同辐照剂量A508-3钢的小冲杆载荷-位移曲线。通过对小冲杆测试得到的载荷-位移曲线的分析,测定不同辐照剂量样品的辐照硬化和脆化特性。结果压力容器A508-3钢辐照样品的硬化和脆化随着辐照剂量的增加逐渐增强,0.15 dpa以前呈线性增长,而后缓慢增大,约0.2 dpa时达到饱和趋势。结论通过小冲杆测试可以得到离子辐照样品的硬化和脆化行为,A508-3钢辐照硬化和脆化行为具有一致的变化趋势。

30408奥氏体不锈钢弹塑性力学演变研究

采用小冲杆测试技术测试30408奥氏体不锈钢的屈服强度及抗拉强度分别为195.43MPa、804.34MPa,运用扩展有限元的方法模拟了小冲杆试验的破裂过程,并基于弹塑性力学分析了某煤矿应力计压力枕的弹塑性变形。结果表明:采用扩展有限元法模拟小试样破裂位置与试验破裂位置基本吻合,断裂位置先经历减薄,减薄区发生最大的塑性变形为123.1%,之后随着应力的增大,试件产生破裂。压力枕的弹塑性分析与试验结果的相对误差在(0.21~6.65)%之内,表明该方法用于应力计压力枕的设计是可行的。这里指在探索大塑性变形零部件的精细化设计问题,减少试验次数,提高设计精度。

小冲杆技术及其在材料与铅铋脆化效应研究中的应用

第四代反应堆中铅冷快堆是一种非常有发展前景的堆型。在铅冷快堆包壳材料设计时,需要重点考虑包壳材料与高温铅铋的相容性,关注其抗液态金属腐蚀能力,尤其是腐蚀介质与应力耦合时材料性能的变化。小冲杆实验(SPT)是一种使用小尺寸样品评估材料服役条件下力学性能变化的实验方法,这种方法可以直接在正在使用的材料中提取样品而不损害其完整性,因此小冲杆测试非常适用于所研究材料数量有限或研究在役材料的情况。本文简要介绍了小冲杆测试技术,归纳了小冲杆测试与标准尺寸测试实验的相关性,阐述了使用小冲杆技术进行的关键材料力学性能研究,特别阐述了小冲杆测试在研究结构材料液态金属脆化效应(LME)方面的应用。结果可为小冲杆技术应用于研究材料液态铅铋脆化效应提供技术方法及理论支持。

神经网络小冲杆试验法确定材料的蠕变性能

针对小冲杆试验提出了一种结合有限元模拟和神经网络来确定P91材料蠕变性质的方法,用小冲杆测试确定载荷条件下的材料状态。这是神经网络在小冲杆蠕变试验领域的拓展,其有限元模型采用基于Chakrabarty薄膜伸张理论的Norton蠕变准则模型。根据Norton蠕变法则,通过有限元得出一个由不同的蠕变性能参数组模拟获得的时间-位移曲线数据库。然后将小冲杆试验得到的一个时间位移曲线转化到训练好的人工神经网络,将模拟曲线数据库中的曲线与实验曲线进行对比,确定出与实际试验曲线最为吻合的模拟曲线,该条模拟曲线所对应的蠕变性能参数即为材料的蠕变性能参数。最后通过试验对反向方法得出的结果进行了验证。