一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法技術

本發明專利技術提供了一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法：試驗與評價方法一方面通過兩端無約束溫度應力試驗A來評價工程材料在高溫、低溫循環往復變化條件下的變形特性；另一方面通過兩端約束溫度應力試驗B來評價工程材料在高溫、低溫循環往復變化條件抵抗溫度應力的能力。本發明專利技術的方法可以有效地測試工程材料在循環溫度應力作用下的力學響應，了解其力學行為，揭示其力學特性，從而評價工程材料抵抗循環溫度應力和變形作用的能力，從而更清楚地認識該工程材料在復雜的服役環境下受到溫度變化對其力學特性的影響規律。

A test and evaluation method for mechanical properties of engineering materials against temperature changes

The present invention provides a method of test and evaluation of mechanical properties of engineering materials resistant to changes in temperature, the deformation characteristics of a test and evaluation method through both ends of the unconstrained temperature stress test to evaluate A engineering material changes in the conditions of high temperature and low temperature under cycle; on the other hand the ability through both ends of TSRST B to evaluate in the condition of high temperature, low temperature resistance will change the temperature stress of Engineering materials. The method of the invention can effectively test engineering materials under cyclic temperature should be mechanical response under the action of force, to understand its mechanical behavior, reveal its mechanical properties, and evaluation of engineering materials to resist cyclic temperature stress and deformation, thus providing a better understanding of the engineering material serving in complicated environment affected by temperature change the law on their mechanical properties.

【技術實現步驟摘要】
一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法
本專利技術涉及工程材料檢測技術，特別的，涉及一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法。
技術介紹
由于溫度變化，在工程材料內所產生的應力稱為溫度應力，在各類工程材料和結構的設計中，無不遇到溫度應力問題。實際工程中，絕大多數工程結構物都處在溫度交替變化的自然環境中，溫度應力的影響是無法避免的。溫度應力對于這些工程材料和結構是一種重要的荷載，有時甚至會成為導致材料破壞和結構失效的關鍵因素。所以對于大部分的工程材料和結構，都需要對它們在溫度循環變化過程中的變形特性和抵抗溫度應力的性能進行分析與評價，針對其相應的服役環境進行試驗分析，當分析結果滿足要求時方可應用于工程實踐中。目前工程材料抵抗溫度變化的力學性能的評價方法主要通過低溫時候試件的極限抗拉強度(一般通過溫度應力試驗機測試試件在某一恒定溫度下斷裂時所需提供的力)來評價材料抵抗溫度應力的性能，而沒有考慮溫度循環變化過程對其材料產生的損傷累積的影響。中國期刊《交通運輸工程與信息學報》于2010年12月公開了一篇名為環境溫度周期變化下瀝青混凝土路面粘彈性力學響應的文獻，該文獻介紹了用有限元軟件建模分析路面溫度應力變化規律，其主要是通過有限元計算和分析瀝青混凝土路面在環境溫度周期變化條件下所產生的溫度場及溫度應力場，其應力是通過軟件模擬的，不是實際測得的，且其所得的應力場主要是用于反應路面不同深度處的應力狀況，其應力場是整個路面的結構、厚度與溫度綜合影響的結果，并不能反應材料本身抵抗溫度應力的性能。中國專利201610305125.4公開了一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法和判定方法，該方案主要模擬試驗混凝土在干濕交替鹽溶液侵蝕作用下的劣化，以對嚴酷環境下某一時期內混凝土材料的損傷情況進行預測和評價，該方案進行劣化試驗在恒溫箱中進行，并未涉及試件在溫度循環往復變化的情況下發生的性能變化。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法，以解決
技術介紹
中提出的問題。為實現上述目的，本專利技術提供了一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法，包括以下步驟：1)制作基礎試驗裝置：基礎試驗裝置包括多根導向桿1、中間板2、上固定板3及下固定板4，所述上固定板與下固定板分別固定在導向桿的上下兩端，所述中間板設置于上固定板與下固定板之間，中間板上設有供導向桿穿過的導向孔，中間板可沿導向桿長度方向來回滑動；2)同時或先后進行的兩端無約束溫度變形試驗A與兩端約束溫度應力試驗B；兩端無約束溫度變形試驗A包括以下步驟：A-1)制取一組步驟1所得到的基礎試驗裝置作為試驗裝置A；A-2)安裝試件A：取試件A并在試件A內部或表面安裝溫度傳感器A5，在試件外壁連接位移傳感器一6，將安裝有溫度傳感器A及位移傳感器一的試件A用膠粘劑粘接在試驗裝置A的中間板與下固定板之間；所述粘接過程可以發生在設置溫度傳感器A(5)和位移傳感器一(6)的步驟之前或之后；兩端約束溫度應力試驗B包括以下步驟：B-1)另制取一組步驟1所得到的基礎試驗裝置，在中間板與上固定板之間固連拉壓力傳感器7，構成試驗裝置B；B-2)安裝試件B：取材質及成分與試件A相同的試件B并在試件B內部或表面安裝溫度傳感器B8，將安裝有溫度傳感器B的試件B用膠粘齊粘接在試驗裝置B的中間板與下固定板之間；步驟B-1)中設置拉壓力傳感器(7)的步驟可以發生在步驟B-2)之前、之后或同時；3)將分別安裝了試件A與試件B的試驗裝置A與試驗裝置B置于環境箱9中；4)啟動環境箱對試件A與試件B提供N個高低溫循環，每一個高低溫循環均使得試件A與試件B從起點溫度升高或降低至終點溫度，再從終點溫度降低或升高至起點溫度，起點溫度與終點溫度的差值在10℃以上，其中起點溫度及終點溫度與試件服役環境的高低溫端值相等或相近，相近是指溫度在高低溫端值的±10℃以內，優選±5℃以內，更優選±3℃以內，其中N為大于或等于2的整數；在每一個高低溫循環過程中實時采集溫度傳感器A、溫度傳感器B、拉壓力傳感器及位移傳感器一的數值，位移傳感器一用于測試試件A在高低溫循環過程中隨溫度的變化發生的實時應變，拉壓力傳感器用于約束試件B的變形并測試試件B在高低溫循環過程中隨溫度的變化受到的應力；以溫度傳感器A與溫度傳感器B分別反饋的試件A與試件B的實時溫度為關聯參數，采集每一個高低溫循環過程中試件A與試件B在相同的溫度下分別對應的實時應變值與實時應力值，得到與各個高低溫循環對應的該種工程材料的應力-應變關系封閉曲線；5)對比各個高低溫循環對應的應力-應變關系封閉曲線面積的差值情況，得到該服役環境溫度的循環作用下該工程材料內部因非彈性變形(主要包括塑性變形、裂縫、顆粒移動)耗散的能量，從而直觀地描述并掌握該工程材料在循環的溫度應力作用下造成的損傷和疲勞破壞的發展過程，實現對該工程材料抵抗溫度應力性能的評價。進一步的，所述步驟4還包括：根據每一個高低溫循環過程中試件A的實時應變值，得到各個高低溫循環過程對應的試件A的應變－溫度關系封閉曲線；所述步驟5還包括：根據單個應變—溫度關系封閉曲線面積的大小評價材料在試驗過程中為抵抗溫度變化(即溫度應力)而產生彈性變形的能力，根據各個應變—溫度關系封閉曲線面積沿應變方向的跳動情況評價材料在試驗過程中為抵抗溫度循環變化(即循環溫度應力)而產生塑性變形的能力，從而反映材料在溫度變化的服役條件下以溫度循環變化下的變形協調性和體積穩定性。進一步的，所述步驟4還包括：根據每一個高低溫循環過程中試件B的實時應力值，得到各個高低溫循環過程對應的試件B的應力－溫度關系封閉曲線；所述步驟5還包括：根據單個應力—溫度關系封閉曲線面積的大小評價材料在試驗過程中為抵抗溫度變化(即溫度應力)而產生彈性變形的能力，根據各個應力—溫度關系封閉曲線面積的差值情況評價材料在試驗過程中為抵抗溫度循環變化(即循環溫度應力)而產生塑性變形的能力，從而反映材料在溫度變化的服役條件下以及溫度循環變化下的變形協調性和體積穩定性。進一步的，所述步驟4還包括：根據各個高低溫循環過程中試件A的實時應變值，得到依次與各個高低溫循環過程對應的試件A的應變－時間關系連續曲線；所述步驟5還包括：根據應變—時間關系連續曲線的波動情況評價材料在試驗過程中為抵抗溫度循環變化(即循環溫度應力)而發生的彈性變形與塑性變形。進一步的，所述步驟4還包括：根據各個高低溫循環過程中試件B的實時應力值，得到依次與各個高低溫循環過程對應的試件B的應力－時間關系連續曲線；所述步驟5還包括：根據應力－時間關系連續曲線的波動情況評價材料在試驗過程中為抵抗溫度循環變化(即循環溫度應力)而發生的彈性變形與塑性變形。所述導向桿采用因瓦合金桿。所述導向桿的上下兩端設有外螺紋，所述上固定板與下固定板上設有供導向桿穿過的通孔，所述上固定板及下固定板通過與導向桿外螺紋旋合的螺母10固定在導向桿上下兩端。所述螺母10包括位于上固定板及下固定板內側的內螺母101以及位于上固定板及下固定板外側的外螺母102，其中，內側為靠近試件的一側，外側為遠離試件的一側。進一步的，所述步驟A-1還包括：在中間板與上固定板之間設置有位移傳感器二11，且位移傳感器二(11)長本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法，其特征在于，包括以下步驟：1)制作基礎試驗裝置：基礎試驗裝置包括多根導向桿(1)、中間板(2)、上固定板(3)及下固定板(4)，所述上固定板與下固定板分別固定在導向桿的上下兩端，所述中間板設置于上固定板與下固定板之間，中間板上設有供導向桿穿過的導向孔，中間板可沿導向桿長度方向來回滑動；2)同時或先后進行的兩端無約束溫度變形試驗A與兩端約束溫度應力試驗B；兩端無約束溫度變形試驗A包括以下步驟：A?1)制取一組步驟1所得到的基礎試驗裝置作為試驗裝置A；A?2)安裝試件A：取試件A并在試件A內部或表面安裝溫度傳感器A(5)，在試件外壁連接位移傳感器一(6)，將安裝有溫度傳感器A及位移傳感器一的試件A用膠粘劑粘接在試驗裝置A的中間板與下固定板之間；所述粘接過程可以發生在設置溫度傳感器A(5)和位移傳感器一(6)的步驟之前或之后；兩端約束溫度應力試驗B包括以下步驟：B?1)另制取一組步驟1所得到的基礎試驗裝置，在中間板與上固定板之間固連拉壓力傳感器(7)，構成試驗裝置B；B?2)安裝試件B：取材質及成分與試件A相同的試件B并在試件B內部或表面安裝溫度傳感器B(8)，將安裝有溫度傳感器B的試件B用膠粘劑粘接在試驗裝置B的中間板與下固定板之間；步驟B?1)中設置拉壓力傳感器(7)的步驟可以發生在步驟B?2)之前、之后或同時；3)將分別安裝了試件A與試件B的試驗裝置A與試驗裝置B置于環境箱(9)中；4)啟動環境箱對試件A與試件B提供N個高低溫循環，每一個高低溫循環均使得試件A與試件B從起點溫度升高或降低至終點溫度，再從終點溫度降低或升高至起點溫度，起點溫度與終點溫度的差值在10℃以上，其中起點溫度及終點溫度與試件服役環境的高低溫端值相等或相近，其中N為大于或等于2的整數；在每一個高低溫循環過程中實時采集溫度傳感器A、溫度傳感器B、拉壓力傳感器及位移傳感器一的數值，位移傳感器一用于測試試件A在高低溫循環過程中的實時應變，拉壓力傳感器用于測試試件B在高低溫循環過程中受到的應力；以溫度傳感器A與溫度傳感器B分別反饋的試件A與試件B的實時溫度為關聯參數，采集每一個高低溫循環過程中試件A與試件B在相同的溫度下分別對應的實時應變值與實時應力值，得到與各個高低溫循環對應的該種工程材料的應力?應變關系封閉曲線；5)對比各個高低溫循環對應的應力?應變關系封閉曲線面積的差值情況，得到該服役環境溫度的循環作用下該工程材料內部因非彈性變形耗散的能量，從而直觀地描述并掌握該工程材料在循環的溫度應力作用下造成的損傷和疲勞破壞的發展過程，實現對該工程材料抵抗溫度應力性能的評價。...

【技術特征摘要】
1.一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法，其特征在于，包括以下步驟：1)制作基礎試驗裝置：基礎試驗裝置包括多根導向桿(1)、中間板(2)、上固定板(3)及下固定板(4)，所述上固定板與下固定板分別固定在導向桿的上下兩端，所述中間板設置于上固定板與下固定板之間，中間板上設有供導向桿穿過的導向孔，中間板可沿導向桿長度方向來回滑動；2)同時或先后進行的兩端無約束溫度變形試驗A與兩端約束溫度應力試驗B；兩端無約束溫度變形試驗A包括以下步驟：A-1)制取一組步驟1所得到的基礎試驗裝置作為試驗裝置A；A-2)安裝試件A：取試件A并在試件A內部或表面安裝溫度傳感器A(5)，在試件外壁連接位移傳感器一(6)，將安裝有溫度傳感器A及位移傳感器一的試件A用膠粘劑粘接在試驗裝置A的中間板與下固定板之間；所述粘接過程可以發生在設置溫度傳感器A(5)和位移傳感器一(6)的步驟之前或之后；兩端約束溫度應力試驗B包括以下步驟：B-1)另制取一組步驟1所得到的基礎試驗裝置，在中間板與上固定板之間固連拉壓力傳感器(7)，構成試驗裝置B；B-2)安裝試件B：取材質及成分與試件A相同的試件B并在試件B內部或表面安裝溫度傳感器B(8)，將安裝有溫度傳感器B的試件B用膠粘劑粘接在試驗裝置B的中間板與下固定板之間；步驟B-1)中設置拉壓力傳感器(7)的步驟可以發生在步驟B-2)之前、之后或同時；3)將分別安裝了試件A與試件B的試驗裝置A與試驗裝置B置于環境箱(9)中；4)啟動環境箱對試件A與試件B提供N個高低溫循環，每一個高低溫循環均使得試件A與試件B從起點溫度升高或降低至終點溫度，再從終點溫度降低或升高至起點溫度，起點溫度與終點溫度的差值在10℃以上，其中起點溫度及終點溫度與試件服役環境的高低溫端值相等或相近，其中N為大于或等于2的整數；在每一個高低溫循環過程中實時采集溫度傳感器A、溫度傳感器B、拉壓力傳感器及位移傳感器一的數值，位移傳感器一用于測試試件A在高低溫循環過程中的實時應變，拉壓力傳感器用于測試試件B在高低溫循環過程中受到的應力；以溫度傳感器A與溫度傳感器B分別反饋的試件A與試件B的實時溫度為關聯參數，采集每一個高低溫循環過程中試件A與試件B在相同的溫度下分別對應的實時應變值與實時應力值，得到與各個高低溫循環對應的該種工程材料的應力-應變關系封閉曲線；5)對比各個高低溫循環對應的應力-應變關系封閉曲線面積的差值情況，得到該服役環境溫度的循環作用下該工程材料內部因非彈性變形耗散的能量，從而直觀地描述并掌握該工程材料在循環的溫度應力作用下造成的損傷和疲勞破壞的發展過程，實現對該工程材料抵抗溫度應力性能的評價。2.根據權利要求1所述的一種工程材料抵抗溫度變化的力學性能試驗與評價方法，其特征在于，所述步驟4還包括：根據每一個高低溫循環過程中試件A的實時應變值，得到各個高低...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳昊，孫蓓蓓，李喆，朱美佳，劉桌，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43