[发明专利]一种超低温冷却对材料力学性能影响的评价方法

摘要

本发明一种超低温冷却对材料力学性能影响的评价方法属于低温工程领域，涉及一种超低温冷却对材料力学性能影响的评价方法。该方法中，以冷却因子为实验变量设计田口实验，制作试件的超低温冷却方案，按照该方案对试件实施超低温冷却处理，并进行力学性能测试；利用方差分析法分析测试数据，计算冷却因子对力学性能影响的贡献率；构建相对重要性比例标度表，借助层次分析法，定量计算冷却因子对力学性能影响的权重；计算材料某一类力学性能占综合力学性能的权重；最后，确定冷却因子对材料综合力学性能影响的权重，以此表征超低温冷却对材料力学性能的影响。该方法实现了冷却因子对材料综合力学性能影响权重的量化分析，评价结果准确、可靠。

主权项

1.一种超低温冷却对材料力学性能影响的评价方法，其特征在于，该方法首先以冷却因子为实验变量设计田口实验，制定试件的超低温冷却方案，按照该方案对试件实施超低温冷却处理，并进行力学性能测试；利用方差分析法分析测试数据，计算冷却因子对力学性能影响的贡献率；构建相对重要性比例标度表，借助层次分析法，定量计算冷却因子对力学性能影响的权重；利用层次分析法，计算材料某一类力学性能占综合力学性能的权重；最后，确定冷却因子对材料综合力学性能影响的权重，以此表征超低温冷却对材料力学性能的影响；超低温冷却对材料力学性能影响的评价方法具体步骤为：第一步以冷却因子为实验变量设计田口实验，制定试件的超低温冷却方案；设计冷却因子数量为U，水平数量为V的田口实验，该实验方案共有m组，制定试件的超低温冷却方案Lm，冷却因子F＝A,B,…,U，冷却因子F的水平F1、F2、…、FV为实验方案中该因子的不同特定值，包括冷却温度水平、冷却时间水平、液氮流量水平、移动速度水平；第二步材料超低温冷却处理及力学性能测试；按照实验方案中第一组冷却因子F的水平F1＝A1、B1、…U1对试件1进行冷却，完成后将试件1放置于室温环境，待试件1温度恢复至室温后，对试件1进行力学性能测试，包括拉伸实验、硬度测试、断裂韧性测试，测试力学性能，并记录测试结果，记录第一组测得的材料力学性能数据σk1；依次对实验方案中第二、三、…、m组进行冷却，再放置于室温环境，完成力学性能测试实验，并记录测试结果；第三步利用方差分析法分析测试数据，计算冷却因子对材料力学性能影响贡献率；对于材料力学性能σ_k，冷却因子的贡献率为：式中，为因子平方和，为因子总平方和，F＝A,B,…,U；因子总平方和为：式中，i＝1,2,…,m，σ_ki为第i组实验测得的力学性能数据，为m组力学性能数据的平均值，即因子平方和为：式中，n_Fj是冷却因子F中水平为F_j的实验组数，j为冷却因子F的水平序号，j＝1,2,…,V，是冷却因子F中水平为F_j的所有组实验得到的力学性能数据的平均值，即其中σ_kFjt为冷却因子F中水平为F_j的第t组实验得到的力学性能数据，t＝1,2,…,n_Fj；第四步构建冷却因子相对重要性比例标度，定量计算冷却因子对力学性能影响权重；针对材料力学性能σ_k，定义两个冷却因子相对重要性比例标度：冷却因子A的贡献率与冷却因子B的贡献率相比较，若η＝0，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为1；若0＜η≤5％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为2；若5％＜η≤20％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为3；若20％＜η≤35％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为4；若35％＜η≤50％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为5；若50％＜η≤65％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为6；若65％＜η≤80％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为7；若80％＜η≤95％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为8；若95％＜η＜100％，则冷却因子A与冷却因子B相比，前者比后者重要性程度的标度为9；上述标度的倒数是两个因子相比，后者比前者的重要性程度；第五步利用层次分析法，计算不同力学性能对综合力学性能影响的权重；利用层次分析法，由冷却因子A、冷却因子B、……、冷却因子U的贡献率计算两两比较后得出的相对重要性程度标度，构建冷却因子比较矩阵式中，为冷却因子l与冷却因子r相比，前者比后者重要性程度的标度，即η所属区间对应的标度；冷却因子比较矩阵中元素按列归一化，得到矩阵式中，为冷却因子比较矩阵中各列元素之和；将归一化后的矩阵中同一行的各列元素相加，得到列矩阵将列矩阵中的元素除以u，即得到冷却因子A对材料力学性能σ_k影响的权重冷却因子B的权重冷却因子U的权重计算公式如下：材料力学性能σ_k,k＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ代表不同力学性能：σ_Ⅰ为抗拉强度，σ_Ⅰ权重σ_Ⅱ屈服强度，σ_Ⅱ权重σ_Ⅲ为伸长率，σ_Ⅲ权重σ_Ⅳ为硬度，σ_Ⅳ权重σ_Ⅴ为断裂韧度，σ_Ⅴ权重抗拉强度σ_Ⅰ的冷却因子比较矩阵屈服强度σ_Ⅱ的冷却因子比较矩阵伸长率σ_Ⅲ的冷却因子比较矩阵硬度σ_Ⅳ的冷却因子比较矩阵断裂韧度σ_Ⅴ的冷却因子比较矩阵抗拉强度σⅠ、屈服强度σⅡ、伸长率σⅢ、硬度σⅣ、断裂韧度σⅤ，其两两比较后得出相对重要性程度标度，构建力学性能比较矩阵Y：式中，qef(e＝σⅠ,σⅡ,σⅢ,σⅣ,σⅤ，f＝σⅠ,σⅡ,σⅢ,σⅣ,σⅤ)为力学性能e与力学性能f相比，前者比后者重要性程度的标度；对于综合力学性能抗拉强度σ_Ⅰ的权重屈服强度σ_Ⅱ的权重伸长率σ_Ⅲ的权重硬度σ_Ⅳ的权重断裂韧度σ_Ⅴ的权重分别按下面公式计算：式中，为力学性能比较矩阵Y中各列元素之和；第六步确定冷却因子对材料综合力学性能影响的权重；冷却因子F，F＝A,B,C,D,…,U，其中，冷却因子A、冷却因子B、冷却因子C、冷却因子D、……、冷却因子U对材料综合力学性能的影响权重分别为ωA、ωB、ωC、ωD、…、ωU按下面公式计算：根据冷却因子A、B、C、D...U的权重ωA、ωB、…、ωU的大小，评价冷却因子A、冷却因子B、……、冷却因子U对材料综合力学性能影响的重要程度，表征超低温冷却对材料力学性能的影响。