材料力学性能测试与评价新发展

材料力学性能测试与评价新发展

材科101班

201004005

杜园园

摘要:在对新型材料进行性能评价时，往往面临常规实验难以解决的问题，且因材料科学的发展和新材料的研制对于技术越来越高的要求，材料力学性能测试与评价是目前国内外材料力学工作者所需关注的重要课题。本文通过对材料力学性能测试和评价技术的发展历程和技术特点，以及对现在最近技术进行分析，进而阐述了材料力学性能测试与评价技术的进展。

关键词材料力学性能测试评价

1引言

现代材料科学在很大程度上依赖于对材料性能与其成分及显微组织关系的理解。因此，对材料性能的各种测试技术，对材料组织从宏观到微观不同层次的表征技术构成了材料科学与工程的一个重要部分，亦是联系材料设计与制造工艺直到获得具有满意使用性能的材料之间的桥梁。材料力学性能测试与评价是判断材料性能可能性与可靠性的主要途径，在工作中是计算机进行材料模拟和建立数据库的基础工作。

2材料性能测试与评价的应用

由于新材料的种类繁多，相应的测试和评价技术涉及面很广。材料检测评价技术大致可分为:性能测定、显微组织表征和无损检测等，而每一方面又包含各种不同的测试技术和标准试验方法。在多种材料和多种性能测试中，以力学性能为代表，力学性能是结构材料研究、生产、使用的最基本参数，其研究十分活跃。本文对材料的力学性能测试技术进展做简单论述。

3力学性能测试与评价发展历史简述

静态力学性能测试。由17世纪，工程技术人员对材料的力学性能仅限于其强度的概念，由早期的拉伸试验机到19世纪意大利科学家Galileo为验证解析法求解构件安全尺寸而提出拉伸，弯曲试验而创造的静力学材料试验机，液压试验机。随着电子技术和计算机控制技术的发展，相继出现了计算机控制的液压试验机。

动态力学性能测试。绝大数工程材料在其服役中承受的为动载荷，当材料或结构在受到重复变化的载荷作用后，性能出现变化—疲劳。应力（高周）疲劳试验技术：由疲劳极限来评价材料疲劳强度，常用装置为旋转弯曲试验机，因无法实现对载荷的精确控制，相应出现电磁共振高疲劳试验机，电液伺服高频疲劳试验机。低周疲劳试验技术：结构件在设计上由静强度设计变为有限寿命设计，零件由疲劳损坏变为低循环疲劳应力作用下，电液闭环控制控制技术的电液伺服系统相应而生。

断裂力学及环境模拟。由于构建在不同的环境中使用过程中，甚至在恶劣的环境中，不可避免的出现类似于裂纹的缺陷。高温和腐蚀复合环境系统和高温真空环境系统，可以在不同温度下进行试样或构件的各种腐蚀气氛和真空环境试目前环境试验技术。

4现代新技术

现代材料测试设备的特点：

随着对材料性能测试要求的不断更新，各种功能的材料试验设备不断出现。但不论测试设备动态测试系统，还是静态测试系统，无论是电子拉力还是电液伺服材料试验机，一般包括三个独立的子系统，即:机械动力系统(Meehaniealand Dynamic System):包括机架(Frame)、试件夹持和固定装置Gripsand Fixtures、

动力部分(如液压源、伺服阀、液压作动)。传感器系统(TransducerSystem):载荷传感器(Loadtransdueer Cell)、引伸仪(Extens Meter)和线性位移传感器LVDT (Linear Voltage Differential Transdueer)、温度和压力传感器;控制、数据采集与分析系统(Control一DataAequisition一NalysisSystem)。

现代材料测试最新技术

从目前种新型试验系统来看，材料试验最新发展的主要技术有以有四个方面: 液压伺服(Servohydraulie)技术

从前述实验技术的发展来看，液压伺服技术是最具有特色的、适应性最广的技术。1960年美国MTS系统公司首先在材料试验系统引入液压伺服技术。电液伺服技术是当今高精度材料试验系统的主流技术，特别适用于复杂载荷(包括疲劳载荷)的材料性能测试与评价。与液压试验机和静态电子拉力测试系统相比，电液伺服技术有下特点:伺服技术(又称随机系统或跟踪系统)能自动校正指令信号同反馈信号之间的误差。结果使得执行机构能以一定的精度自动地按照指令信号的变化规律动作。先进的电子技术和液压技术结合，通过伺服阀将电信号变成液压信号，且可变范围大，试验频率范围为0.0003Hz一1000Hz。可以从直接与试件相藕合的传感器处测量和控制载荷、位移和应变，其灵敏度及精确度与传动机构施加压力的作用无关。

环境模拟(Enyironmental Simulation)

众所周知，许多工程零部件和构件的失效是由于环境和力学条件综合作用引起材料疲劳或断裂。事实上，环境的变化对材料性能的影响往往是很大的。现在环境模拟技术由于实际的需要已发展成为现代测试技术的重要方面。设计一个具有能模拟循环加载和工作环境的试验系统是比较复杂的。但为了工程需要各种环境模拟的试验装置不断出现，目前的环境模拟试验系统有高温、低温、湿度、盐雾等。

高、低温试验技术

高温加热装置目前有:①电阻加热炉:装置的特点是具有均匀温度场，并且控温较为稳定，适合于高温疲劳、高温拉伸、高温疲劳/蠕变加互作用试验等。②感应加热器:其特点是可实现温度场的快速变换，适合用于热疲劳和热机械疲劳试验。③环境箱:具有较大的空间，使用于试样较大的高温断裂力学试验和构件试验，亦可进行低温和环境试验等，美国MTs公司的高温断裂试验环境箱。为了节省研究经费，在国内经常有研究人员自行设计专用环境箱恻;④远红外加热器:适用于非金属材料高温力学性能试验;⑤直接通电加热法:适用于金属材料的热疲劳试验，最新研究结果表明亦可适用于复合材料高温力学性能试验。

低温试验装置有:

①中低温环境箱:试验温度范围是一70℃一200℃:

②低温罐:试验温度最低可达一1℃;

③低温槽:适用于室温至一60℃的低温实验。

真空试验技术

真空环境箱一般是与高温环境相配合使用，其目的是为了防止试样在试验过程中被氧化。高温真空环境技术是目前环境技术中技术含量最高的测试技术，其造价非常高。典型的高温真空试验系统使用抽泵、低温吸入泵、离子泵和钦净化器来达到所要求的真空度，同时配置感应加热系统、高温夹头、高温引伸仪和高精度