[发明专利]采用固支C型环小试样测量材料蠕变力学性能的方法

说明书

一种采用固支C型环小试样测量材料蠕变力学性能的方法，属测量领域。其包括设计制造固支C型环小试样及夹具；建立固支C型环小试样小变形阶段与单轴蠕变之间的转换关系式；建立有限元模型，根据参考应力法得到转换公式系数；进行固支C型环小试样多组温度相同但载荷不同的蠕变试验；导出蠕变试验获得的多组加载点—时间曲线；对加载点—时间曲线进行微分处理，得到在不同载荷条件下的稳态位移速率；将其置于双对数坐标中进行线性拟合，即可得到固支C型环反演得到的单轴蠕变参数。该方法试样受力简单、试验设备简易、能够获得断裂数据，与单轴之间的转换公式与材料无关，试样变形量大，测量精度高。可广泛用于材料蠕变力学性能的测量领域。

技术领域

本发明属于材料蠕变的测量领域，尤其涉及一种采用固支C型环小试样测量材料蠕变力学性能的方法。

背景技术

为了获得更高的能源利用率，越来越多的设备与构件的工作温度和工作压力不断提高，这对在役设备材料的性能提出了更高的要求。

对于高温设备，蠕变是其最主要的破坏形式。许多工程问题都涉及蠕变。

蠕变，也称潜变，是固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加缓慢塑性变形的一种现象。

蠕变常常随着温度升高而加剧。蠕变的速率与材料性质、加载时间、加载温度和加载结构应力都有关。

测量高温设备材料的蠕变性能，特别是在役设备材料的蠕变性能，对预测设备剩余寿命、做出安全评价具有重要的意义。

蠕变试验，即测定金属材料在长时间的恒温和恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形现象的一种材料机械性能试验。

通常情况下，可通过传统单轴蠕变试验测试材料的蠕变性能，但标准试样体积较大，所需材料较多，限制了其在服役构件材料测试中的应用，这些原因，促进了小试样蠕变方法的发展。

小试样作为一种新的测量材料蠕变性能的技术，由于其试样尺寸小、对在役设备结构完整性损伤小和加工简便等特点，小试样测试技术是评估材料蠕变力学性能的一种重要的方法。

目前用于测量在役设备材料蠕变力学性能的小试样，主要有以小冲杆试样为代表的板试样，以固支直杆小试样、悬臂梁小试样和简支三点弯小试样为代表的三点弯直杆小试样以及以圆环为代表的环形小试样。

其中，小冲杆小试样由于受力复杂而较难从理论上获得其与单轴之间的转换关系式。固支直杆小试样变形量较小，试验精度低。悬臂梁小试样、简支三点弯小试样和圆环小试样无法获得蠕变断裂数据。对于板翅换热器内部的管道、钎焊微区的流道等这些构件而言，可供取样的体积过小，小冲杆试样和三点弯直杆试样无法从这种结构上完成取样。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用固支C型环小试样测量材料蠕变力学性能的方法。其结合三点弯小试样的理论分析简便和圆环小试样变形量大、测量精度高的优点，提出了一种新型的固支C型环小试样。该试样受力简单、试验设备简易、能够获得断裂数据，与单轴之间的转换公式与材料无关，试样变形量大，测量精度高，解决了目前各种小试样存在的各种弊端。

本发明的技术方案是：提供一种采用固支C型环小试样测量材料蠕变力学性能的方法，其特征是所述的方法至少包括下列步骤：

步骤(1)，设计制造固支C型环小试样及夹具，并按照设计要求进行试样以及夹具的装配；

步骤(2)，依据梁弯曲模型和Norton蠕变本构方程建立固支C型环小试样小变形阶段与单轴蠕变之间的转换关系式；

步骤(3)，建立有限元模型，根据参考应力法得到转换公式系数；

步骤(4)，在实际设定的试验条件下，进行固支C型环小试样多组温度相同但载荷不同的蠕变试验；