[发明专利]一种小冲杆疲劳试验获得材料应变-寿命曲线的方法

说明书

本发明公开了一种小冲杆疲劳试验获得材料应变‑寿命曲线的方法,涉及材料疲劳性能测试技术领域，具体包括：获取材料的最大载荷‑疲劳寿命曲线；获得材料混合硬化模型参数；建立小冲杆疲劳试验的有限元模型；确定小冲杆疲劳试样的临界面并求取临界面上的应力应变历史；确定材料能量‑寿命公式；确定单轴疲劳的材料应变‑寿命曲线。本发明的有益效果是，通过小冲杆疲劳试验、单次单轴疲劳试验以及有限元分析获得材料的应变‑寿命曲线；进而可以准确测试材料的疲劳性能，评估在役设备材料、局部微区材料以及新材料的疲劳性能，还可以节省大量材料，对在役设备材料、新材料以及局部微区的疲劳性能测试具有重要意义。

技术领域

本发明涉及材料疲劳性能测试技术领域，尤其涉及一种小冲杆疲劳试验获得材料应变-寿命曲线的方法。

背景技术

石油化工、电力、航空航天等领域所使用的诸多设备或机械部件，长期在高温、高压、腐蚀及疲劳工况下服役，不可避免地出现材料的力学性能退化的问题。随着服役时间的积累，这些设备或机械部件面临着超期服役及更换等严峻问题：一方面，需要对这些设备或机械部件进行力学性能的评估以证明其是否有延寿工作的能力；另一方面，由于经济发展需求，各个行业的装置向紧凑型、超大型、应用新材料等方向发展，在装置更新的同时，又需要对新型材料进行力学性能测试。为了对在役设备进行寿命评估和新型材料、装置的开发与筛选，需要测试新旧设备材料的力学性能。

材料的疲劳性能是工程中评估材料力学性能的一个重要参数，工程上通常利用单轴疲劳试验进行材料疲劳性能测试，此种测试方法试样尺寸较大、取样具有破坏性且需要大量的重复试验，需要耗费巨大的时间及经济成本，具有很大的局限性。因此需要发展微试样方法测试材料的疲劳性能。

小冲杆疲劳试验法是一种新型的材料疲劳性能测试方法，其试样厚度一般为0.2-0.8mm范围内，经研究该方法可通过微小试样获得材料疲劳性能。但目前国内外针对小冲杆疲劳试验的研究很少，现有的研究只证明了小冲杆疲劳试验中材料属于疲劳破坏，但未证明小冲杆疲劳试验获得材料的疲劳性能是否可靠，即无法通过小冲杆疲劳试验获得材料的单轴疲劳试验结果。存在的问题主要是：小冲杆疲劳试验结果与单轴疲劳试验结果的关系不明确，无法通过小冲杆疲劳试验获得材料的单轴疲劳试验结果。由小冲杆疲劳试样应力状态复杂，属于多轴疲劳范畴，关联小冲杆疲劳与单轴疲劳的试验结果存在很大困难。

因此，研究小冲杆疲劳试验结果与单轴疲劳试验结果的关系，并通过小冲杆疲劳试验获得材料单轴疲劳性能具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种小冲杆疲劳试验获得材料应变-寿命曲线的方法，可以获得材料的单轴疲劳性能，通过小冲杆疲劳试验、单次单轴疲劳试验以及有限元分析获得材料的应变-寿命曲线。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种小冲杆疲劳试验获得材料应变-寿命曲线的方法，具体包括以下步骤：

步骤一，进行多组小冲杆疲劳试验，获取材料的最大载荷-疲劳寿命曲线；

步骤二，通过单次单轴疲劳试验获得材料在单轴疲劳下的应力响应，获得材料混合硬化模型参数；

步骤三，建立小冲杆疲劳试验的有限元模型，输入材料的弹性模量、泊松比以及混合硬化模型参数，结合试验装置设置建立小冲杆疲劳试验的有限元模型；

步骤四，根据有限元计算结果确定小冲杆疲劳试样的临界面并求取临界面上的应力应变历史；

步骤五，根据步骤四确定的临界面上的应力应变分量以及步骤一中的最大载荷-寿命曲线，确定材料能量-寿命公式，该公式同时适用于单轴疲劳以及小冲杆疲劳；

步骤六，确定单轴疲劳的材料应变-寿命曲线。

进一步地，步骤二中，包括：

(2.1)进行一固定应变幅下的低周疲劳试验，获得循环应力应变响应；