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。

小冲杆试验技术测试国产800HT合金高温蠕变性能研究

通过小冲杆蠕变测试技术,研究了国产高温镍铬铁合金800HT的高温蠕变性能。分别采用欧洲标准CWA 15267推荐方法(CWA方法)以及全经验关联方法(EFS方法)和改进Chakrabarty方法(MCH方法)对小冲杆蠕变试验数据进行处理。并对比了单轴蠕变试验结果与小冲杆蠕变试验的结果。结果表明,采用CWA方法处理800HT合金的小冲杆蠕变数据要优于EFS和MCH转换方法。在拟合800HT合金单轴蠕变数据时,考虑了屈服状态蠕变激活能Q_(c)^(∗)的Wilshire函数与800HT蠕变数据关联效果较好。利用小冲杆蠕变试验技术,能够满足确定国产800HT合金的高温蠕变性能的要求。

小冲杆试验参数的有限元分析

小冲杆试验 (smallpunchtest,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—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。

应用微型试验法评价INCONEL 718合金时效处理后性能的劣化

在工业设备的材质检验和寿命评估中，一方面，要尽可能采用无损或半无损检验的方法，另一方面又必须最大限度地得到材料的性能，微型试验试样技术是解决这种两难问题的有效方法．本文应用微型试验法－小冲孔试验技术评价ＩＮＣＯＮＥＬ７１８合金时效处理后的性能劣化．进行了小冲孔试验以及常规拉伸和断裂韧性测定等一系列试验．通过试验的数据分析，分别建立了ＩＮＣＯＮＥＬ７１８合金的断裂韧性（ＪＩＣ），屈服应力（σｙ）和最大拉伸应力（σｕｌｔ）与小冲孔试验数据（Ｐｙ，Ｐｕｌｔ，εｆ）之间的关系．应用上述关系可以方便。

小冲杆测试材料屈服载荷的有限元分析

文章通过ABAQUS有限元分析软件模拟小冲杆试验过程,重点分析2.25Cr1Mo、16MnR、20#、1.25Cr0.5Mo4种材料的小冲杆屈服载荷。试验结果表明,有限元模拟得到的材料屈服载荷与常规拉伸试验所得出的屈服强度存在显著的线性关系,并具有相当高的相关系数。为最终通过小冲杆试验评价材料的屈服强度提供了一条新的思路。

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fN、εN、ks,并应用响应曲面法确定了这些参数的取值;断裂参数fc、fF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。

基于小冲杆试验的固体氧化物燃料电池钎焊密封接头蠕变损伤演化规律

如何获得钎焊接头三明治微结构的蠕变力学性能一直以来是一个难题.文中基于Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发了钎焊接头蠕变损伤子程序,利用ABAQUS有限元软件建立了与SOFC密封接头相类似的钎焊接头小冲杆模型;采用试验与有限元相结合的方法研究了以304不锈钢为母材的SOFC钎焊接头蠕变损伤特性,得到了不同载荷下钎焊接头试样中心蠕变挠度变化率和蠕变应变变化率之间关系,阐明了钎焊接头在小冲杆蠕变试验条件下的蠕变损伤及裂纹扩展规律.结果表明,适当的增加钎料的厚度有利于提高钎焊接头的抗蠕变变形能力,延长高温蠕变断裂寿命,且钎焊接头在多轴应力作用下主要断裂方式为脆性断裂.初始裂纹最早在母材下表面萌生,距试样中心0.85 mm处,随后向上扩展至钎料层下表面,然后在钎料层上表面出现裂纹逐渐向母材上表面与钎料层下表面扩展,直至断裂.

基于小冲杆试验技术测试P91钢的强度

以某电站高压导汽管用P91钢为研究对象,对其分别进行常规单轴拉伸试验和常温小冲杆试验,通过试验标定法和逆向有限元法对小冲杆试验结果进行标定,得到了试验钢的屈服强度和抗拉强度,并与单轴拉伸试验结果进行对比。结果表明:试验标定法标定得到的屈服强度和抗拉强度与单轴拉伸试验结果的偏差分别为8.6%和21%,而逆向有限元法标定得到的屈服强度和抗拉强度与单轴拉伸试验结果的偏差均为-2%,逆向有限元法对小冲杆试验结果的标定精度更高。

小冲孔能量法评价Q345R的屈服强度

小冲孔试验技术(SPT)是测量在役构件材料力学性能的新方法。文章介绍了基于弹性能量理论预测材料屈服强度的小冲孔能量法,并对试验原理及步骤进行了详细阐述。在验证试验重复性的基础上,对Q345R进行小冲孔能量法试验,并与常规拉伸试验、小冲孔偏移法和双斜率法的结果进行对比。结果表明,能量法测试Q345R屈服强度的误差为5.52%,远小于双斜率法和偏移法试验结果的误差。在此基础上,根据有限元模拟,结合载荷-位移(L-D)曲线与能量-位移(E-D)曲线,分析了试样厚度、压球直径、下模孔径、冲压速度以及试样边缘减薄等因素对小冲孔能量法结果的影响。得出试样厚度0.5mm、压球直径2.4mm、下模孔径4mm为最佳几何尺寸搭配。

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。

微小试样取样法在含腐蚀坑缺陷压力管道合于使用评价中的工程应用

针对含缺陷压力管道合于使用评定过程中如何获取材料真实力学性能的问题,选取某石化企业中含腐蚀坑的在役工业管道,采用微试样法开展了腐蚀区管道材料的取样和测试,并按照GB 19624和API 579标准对腐蚀坑和取样坑进行了合于使用评定,同时采用数值模拟和爆破试验进行了验证。研究表明,微小试样取样法在现场获取材料实际力学性能是可行的,所提方法对开展在役压力管道的合于使用评价具有一定的指导意义。

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。

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。

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。

利用反向有限元方法测定高能重离子辐照反应堆压力容器钢的本构关系

为获得离子辐照样品的本构关系,采用高能重离子结合能量衰减装置在A508-3钢样品中产生厚度53μm的准均匀损伤层,通过单轴拉伸实验获得未辐照钢的本构关系.利用小冲杆装置对直径3 mm的圆片状辐照样品进行测试获得样品的载荷-位移曲线(LDC).根据未辐照钢的本构关系构造一系列辐照层的本构关系并进行批量有限元模拟,得到对应的LDC.通过对比有限元模拟获得的LDC和小冲杆实验测试结果,获得材料辐照层的本构关系.采用纳米压痕实验验证了反向有限元计算得到的辐照硬化结果.

基于数据库方法的离子辐照用小冲杆试验的尺寸效应研究

在核工业中利用小冲杆试验(Small Punch Test,SPT)评价材料受辐照前后力学性能的变化有广阔的应用前景。围绕离子辐照,本文通过6种材料对小冲杆试样的尺寸效应进行了探讨,验证了数据库方法可用于0.1 mm厚小冲杆试样获取材料强度,并对试验中存在的尺寸效应及其临界晶粒尺寸进行分析。通过数据库方法建立了厚0.1 mm SPT和常规拉伸强度(屈服强度和抗拉强度)的转换方法,发现SPT获取材料屈服强度的相对误差与试样晶粒尺寸呈线性关系,其中SPT确定材料抗拉强度的最大相对误差为3.62%,屈服强度的最小误差为4.84%、最大误差为15.9%,SPT评价材料屈服强度的临界晶粒尺寸为7.4μm。

圆片小冲杆试验新方法与航空材料力学性能互换

针对具有结构材料微损取样优势的圆片小冲杆试验,基于能量密度等效理论,建立了关联圆片微试样小冲杆试验载荷、位移、几何尺寸和材料单轴力学律参数的载荷-位移模型;进而针对航空金属材料,提出了单轴拉伸试验结果与小冲杆试验结果之间实现材料力学性能互换的小冲杆试验新方法。对5种航空金属材料完成了小冲杆试验及传统拉伸试验,结果表明,新方法所得圆片微试样的应力-应变曲线与单轴拉伸试验结果密切吻合,所得弹性模量与单轴拉伸试验结果之间相对误差在10%以内,所得塑性延伸强度和抗拉强度与单轴拉伸试验结果相对误差大部分在5%以内。新方法有望促进小冲杆试验在服役结构安全评价中的应用。

小冲杆试验的有限元模拟中GTN模型参数的确定

GTN模型参数的选择一直是小冲杆模拟中一个至关重要的环节,其正确与否直接影响着模拟得到的载荷-位移曲线的正确性。以16MnR材料作为研究对象,结合拉伸试验与小冲杆试验的实验结果,逐步确定出有限元模拟中的GTN模型参数。本文重点介绍了参数fN,fc,ff的确定方法。结果发现,拟合的载荷位移曲线不具有唯一性。为了验证所用方法的正确性,增加了试样断后减薄率作为另一评判标准。这一做法后来证明是可行的。这说明载荷位移曲线不能作为判断GTN参数正确的唯一准则,而增加的断后减薄率作为另一判断标准,对此方法有很好的辅助作用。上述结果可为小冲杆实验的有限元模拟夯实基础。

U型缺口试件微压剪试验及其有限元模拟

在金属试件背部开U型缺口,利用微压剪试验装置对TC4钛合金薄板进行微区力学性能测试。采用ABAQUS软件建立背部开缺口微压剪试件有限元模型,结合有限元逆向反推技术获得TC4钛合金高三向应力状态下的局部力学性能参数,并分析等效应力和孔洞体积分数的变化规律。结果表明,随着压头的不断下压,试件缺口尖端等效应力不断增加,达到峰值应力1 150 MPa,缺口尖端孔洞体积分数逐渐增加到临界孔洞体积分数后迅速增大并导致试件失效破坏。试件上表面处,其孔洞体积分数较低;随着压头的进一步下压,缺口根部区域等效应力逐渐减小,而试件缺口根部区域和压头边缘区域都表现出较高的孔洞体积分数。当达到峰值载荷时,缺口根部区域路径方向上的应力三轴度从2.28降到-0.64,孔洞体积分数在缺口根部区域表现为最大值,而在路径末端相对较低,其分布趋势与应力三轴度相似。

基于厚度法确定小冲杆试验能量转变温度

以A106管材钢为研究对象,进行了小冲杆断裂试验,获得断后试样的最小厚度;在对试样断裂后的变形分析中,建立了试样厚度减薄率与温度的关系,规避了低温试验中载荷和位移测量不准确导致小冲杆能量转变温度不确定的问题。结果表明:基于厚度法可以准确确定小冲杆断裂试验的能量转变温度;小冲杆断裂试验后,试样最薄厚度的减小率与温度曲线关系呈现S型,有上平台、转变区、下平台三个典型区域;根据厚度减薄率与温度曲线关系可以得到小冲杆的能量转变温度。采用厚度法得到的小冲杆断裂试验的转变温度与能量法获得的结果基本一致。