金属材料力学性能检测技术发展的研究

谢鹏

摘要：金属材料通过检测能够得到关于力学性能的检测结果。其中包含了测试方法，测试的环境，测试人员的条件等等内容。金属力学性能的改进，要求被测试的材料必须进行科学和标准的改进，才能得到试验和试样的应力状态的研究成果，并且根据试验中的样品的尺寸和大小等，进行测试的数据分析。但是有一点需要注意，就是金属构件大多是具有复杂的尺寸的。因此通过力学试验进行的测定的结果，能不能作为金属材料的强度性能的表征加以分析，是必须加以准确和可靠的评价的。

关键词：金属材料；力学性能检测技术；发展

1金属材料的使用性能

在对材料进行选择的过程中，金属材料性能在其中起到了非常重要的参考作用，性能检测就是在真实环境下，然后对相关产品进行有效的模仿，从而可以了解到该项产品性能是否满足实际的使用需求，并且通过这种方式还可以收集到很多真实的数据信息，这样就能为产品的合格性进行准确的判定。金属材料的使用性能是一项非常重要的参考数据，这项标准直接决定了材料的使用范围。结合实际情况可以了解到，金属材料的使用性能主要包括了三个方面的主要内容，分别是化学性能、物理性能以及力学性能等。金属材料的力学性能指的是材料在不同温度下承受各种拉力所体现出的力学性能。

2金属材料力学性能检测技术

利用有限元的分析软件，对连续体中的近似计算数值加以分析，能够得到相当完善的理论体系，其中包含的数值的计算方法解决了工程了很多问题，包括电磁学、力学等。我国的材料力学的有限元的分析方法，经过多年的研究，已经可以对一些普通材料进行力学条件下的有限元的分析，并且给出关于材料力学应力应变和性能指标的关系。经过对复杂的物理对象的离散和划分，通过对近似的函数的有限元的分析，能够将整体的方程加以求解、处理，对误差等进行分析，得到近似值的描述结果。通过计算机的数值计算，能偶利用数值进行任意复杂的问题多的处理。金属材料的力学试验的目标在与对金属材料的拉伸、冲击、工艺进行各种试验，通过几何形式的力学测验，将力学的性能检测以标准的式样进行模拟，放在普通的力学检测试验上，进行应力状态爱的力学检测。模拟的力学检测和试验，能够使整个试验过程出现直观的效果。

2.1模拟拉伸试验

以模拟拉伸试验为例，国内拉伸试验方法标准为GB/T228.1-2010金属材料室温拉伸试验方法，主要测定的检测项目为：抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率以及n值、r值等。拉伸试样在拉伸的过程中一般要经历弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段，试验数据是通过测量作用于试样的载荷F和试样原始标距部分的伸长L计算得出应力-应变图，从而得出相应的试验数据。ANSYS模拟金属拉伸试验主要分为：建模、设置物理参数、设置加载条件和求解等几大部分。根据拉伸试验的特点，模型可以簡化成不考虑夹持部分，将一端圆弧末端固定，而在另一端圆弧末端施加位移载荷，这样既可以缩短计算时间、减少存储空间，同时也可以满足计算精度的要求。因为金属材料大都是各向同性的，只需要输入DENS（密度）、EX（弹性模量）和NUXY（泊松比）定义即可。加载条件的设置主要以测试材料实测的应力应变关系进行设置。

2.2模拟数据库的建立

同其他材料不同，金属材料自身特性的参数，如DENS密度、EX和NUXY的数值也不同，模拟参数（DENS、EX和NUXY）是表示材料本身的状态和大小的，模拟拉伸试验的意义在于通过对实际检测结果的耦合，与实际材料的固有参数无关，与大小受力状态无关。与使用环境和实际检测相耦合的条件无关，例如元素含量等模拟结果和热处理状态等相关，相互关联的数据库金属力学性能测试领域中推出的模拟参数使得注意力更集中于“服役机件”。

2.3金属构件的应用模拟

近些年，在金属力学性能测试领域中注意力更集中于“服役机件”而不是普通试样，模拟机件寿命试验有逐步发展成为一门独立学科的趋势。如英国北海油田开发用金属材料及加拿大天然气管道构件，广泛采用模拟试验来研究金属材料的在特定条件下的使用性能，航空涡轮发动机的地面模拟试验在世界各国广泛采用。但这些金属构件的全尺寸模拟试验缺乏普遍性且实施比较困难（费用昂贵和技术复杂），更多地用于各种关键性构件的模拟测试中。追踪了解金属材料的后加工形状和使用状态，通过计算机利用ANSYS建立相关模型，利用已有数据库中的模拟参数，对金属构件进行模拟分析，探求普通力学性能测试方法所得到的金属力学性能判据与金属制件在真实服役条件下所显示的强度行为之间相互关联的各种规律性。不仅实施简单，节约大量的人力物力，更重要的是可以普遍应用于各种金属构件，同时也为现实模拟服役条件下金属构件的力学性能提供更直接有效的指导。

3金属材料力学性能检测技术的发展方向

伴随着社会经济建设以及各项技术水平的不断提升，金属材料试验设备也在进行不断的优化和完善，要想满足未来社会经济发展的相关需求，金属材料力学性能检测技术在未来需要对以下几个发展方向引起重视。（1）不断提高测试结果的准确度。目前，随着我国科学技术的不断发展，人们对于终极产品的要求开始逐渐提高，导致之前的测试方式已经不能再满足实际的发展需求，这就需要对目前测试中的精明度以及精确度进行不断的提升。（2）逐渐提升测量方法的科学化。只要保证测量系统具有一定的科学性，在标准要求上可以满足相应的需求，才能在最大程度上降低误差发生的概率，比如人为因素或者是操作不当等行为导致的测量误差问题，通过这种方式才能逐渐满足产品对于精准度的各项要求。（3）新型测试仪器以及测试方法的研究。目前，随着我国材料科学工程的快速发展，一些新型材料应运而生，并在实际的生产过程中得到了非常广泛的使用。但是传统的测试设备与方法已经达不到新材料的测试标准水平，结合目前材料科学的发展状况，需要在目前材料基础上进行不断的创新和优化，只有研究出新型的测试仪器与方法才能满足多样化需求。

4结束语

总的来说，通过有限元分析的模拟分析，金属材料在实际使用中复杂的形状和大小，利用计算机模拟将应力应变状态进行分析，金属材料力学性能试验的检测，能够直观对金属构件在真实服役条件下的性能等表征加以展现，使得金属材、合理设计、制造、安全使用和维护提供有效的预测应力应变参考，为未来改进金属材料测试方法，提高测试精度提供新思路，为金属材料检测数据库的建立提供更多的视觉素材，同时也为现实金属构件的模拟力学性能，提供更直接有效的指导。

参考文献：

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[2]浅谈金属材料的组织与性能的关系[J].张义武，尚彦光.山东工业技术.2018（08）.

[3]金属材料腐蚀与防护机理研究述评[J].黄国亮，薛蔓凌，字映竹.世界有色金属.2018（06）.

（作者单位：中国电建集团核电工程有限公司，山东）