[发明专利]一种应变控制的拉-扭热机械疲劳试验方法

说明书

本发明公开了一种应变控制的拉‑扭热机械疲劳试验方法，涉及材料热机械疲劳性能测试技术领域，该方法步骤为：(1)零机械加载下确定热应变补偿函数；(2)设定拉‑扭热机械疲劳试验加载参数；(3)零机械加载下施加两个温度循环；(4)施加设定的温度和机械加载；(5)记录试验数据；(6)根据失效判据或预定循环数来结束试验。因为剪切应变不随温度的变化而改变，本方法不考虑对试样进行扭向热应变补偿。本方法可用于材料热机械疲劳性能的测定，降低设计成本，提高设计水平。

技术领域

本发明属于材料热机械疲劳性能测试技术领域，尤其涉及一种应变控制的拉-扭热机械疲劳试验方法。

背景技术

高超音速临界空间飞行器、航空发动机、燃气涡轮机、核电站、发电厂及压力容器等设备的服役环境异常严苛。尤其在启动、停机和快速操作的过程中，以上设备的高温零部件不仅承受机械循环加载，而且同时承受温度循环加载，可称为热机械疲劳。关键零部件的热机械疲劳失效是以上设备故障的主要原因，而且疲劳失效事发突然，会造成不可估量的人员伤亡和经济损失。

目前，对于热机械疲劳加载下材料的损伤机理，没有系统的认识，不利于设备疲劳寿命和结构的优化设计。为了提高产品的可靠性，保证设备安全运行，迫切需要一种应变控制的拉-扭热机械疲劳试验方法，用于测定材料的热机械疲劳性能，以供设计人员使用。

发明内容

本发明目的在于针对材料热机械疲劳性能测试的需求，提出了一种应变控制的拉-扭热机械疲劳试验方法。

本发明采用的技术方案为一种应变控制的拉-扭热机械疲劳试验方法，本方法的实现步骤如下：

步骤(1)：在零机械加载下，测量轴向热应变ε_th的自由膨胀，并将其拟合为试样温度T的函数补偿热应变，该试样温度T的函数形式如下：

ε_th＝E₀+E₁T+E₂T²

其中，ε_th为轴向热应变，T为试样温度，E₀、E₁、E₂为材料常数；

步骤(2)：设定加载参数，包括轴向机械应变ε_m波形，剪切应变γ波形，试样温度T波形，热相位角θ即ε_m和T之间的相位角，机械相位角即ε_m和γ之间的相位角，加载频率f，其中，轴向机械应变ε_m由轴向总应变ε_tot减去补偿的轴向热应变ε_th得到，如下：

ε_m＝ε_tot-ε_th

其中，ε_m为轴向机械应变，ε_tot为轴向总应变；

步骤(3)：在零机械加载下，对试样施加两个设定的温度循环；

步骤(4)：对试样施加设定的载荷，包括机械加载和温度加载；

步骤(5)：记录试验数据，包括时间t、轴向机械应变ε_m、轴向应力σ、轴向总应变ε_tot、轴向热应变ε_th、剪切应变γ、剪切应力τ、试样温度T和循环数n等；

步骤(6)：当试验达到失效判据或预定循环次数时，结束试验。

所述步骤(2)中的剪切应变γ不受温度变化的影响，因此不考虑对试样进行扭向热应变补偿。