不锈钢性能的自动球压痕试验测算研究

发布时间：2017-10-15 12:30

  本文关键词：不锈钢性能的自动球压痕试验测算研究

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【摘要】：工业生产中,材料力学性能直接影响着设备的使用。设备在服役过程中,材料的力学性能会随着工况环境的变化而改变,进而影响设备的使用性能。诸如应变时效脆化等材料性能劣化现象甚至会对设备安全产生重大影响。虽然材料力学性能测试手段已经有了很大发展,但是如何在不损伤设备的前提下对其力学性能进行无损测试一直是研究的热点。作者对目前研究比较广泛的自动球压痕测试材料力学性能原理进行了全面阐述。自动球压痕设备根据压头的加载-卸载过程得到了压痕曲线。通过对准硬度/准显微硬度试验衍生得到的σt-εp关系计算出多个真应力-真应变数据点,根据材料幂律强化方程σ=Kεn进行拟合,进而得到材料的真应力-真应变曲线。并在此基础上,根据经验公式计算出材料的抗拉强度、屈服强度、压痕变形能量等其他力学性能。其快速以及近乎无损的测试特点满足现场在线测试。作者以压力容器常用钢材S30408、S31603、S32168、S30403等为研究对象,分别对不同状态下的材料进行常规拉伸试验和自动球压痕试验。将两类试验得到的材料力学性能数据进行关联和对比。对不同状态的不锈钢材料的两类试验抗拉强度进行比对,结果显示自动球压痕测算的抗拉强度与常规试验得到的抗拉强度值具有较好的吻合性,可以应用于工程中。不同状态的不锈钢材料的两类试验屈服强度相差较大,采用重新关联的方法修正自动球压痕计算屈服强度的经验公式,使之能够适用于不锈钢材料屈服强度的测算。针对自动球压痕试验能在设备材料表面留下不同大小的凹坑,并且留有一定程度的残余应力,造成一定程度的应力集中现象,可能对材料表面力学性能和设备的使用造成影响。作者采用有限元软件ABAQUS,结合材料常规力学试验得到的真应力-真应变数据,模拟自动球压痕过程,同时施加载荷,研究压痕残余应力与外加载荷共同作用下凹坑处的应力分布,为消除凹坑影响提供理论支持。
【关键词】：自动球压痕 不锈钢 力学性能 有限元 应力分布
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.71
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 符号说明13-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 选题背景及研究意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.2.1 常用微损/无损测试方法简介15-16
• 1.2.2 自动球压痕试验法16-17
• 1.2.3 自动球压痕的应用17-19
• 1.2.4 自动球压痕的发展19-20
• 1.3 目前研究中存在的问题20-21
• 1.4 主要研究内容21-22
• 第2章 自动球压痕测算材料力学性能原理22-32
• 2.1 强度系数K和应变硬化指数n的计算22-25
• 2.2 屈服强度的计算关联25-27
• 2.3 抗拉强度的计算27-28
• 2.4 其他力学性能的计算28-30
• 2.4.1 断裂韧度的估算28-29
• 2.4.2 断裂能量的估算29
• 2.4.3 布氏硬度的计算29-30
• 2.4.4 吕德斯应变30
• 2.5 自动球压痕法原理图解30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 试验32-38
• 3.1 试验材料32-33
• 3.2 拉伸试验33-35
• 3.2.1 试验方案与试样33-34
• 3.2.2 试验过程34-35
• 3.3 自动球压痕试验35-37
• 3.3.1 试验方案35
• 3.3.2 试样制备35-37
• 3.3.3 试验过程37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 试验结果分析38-56
• 4.1 拉伸试验结果统计38-40
• 4.2 自动球压痕法试验结果40-47
• 4.2.1 试验相关曲线40-44
• 4.2.2 试验数据统计44-47
• 4.3 抗拉强度对比47-49
• 4.4 屈服强度的对比与拟合49-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 压痕对材料表面力学性能影响的有限元分析56-66
• 5.1 模拟试样的选择56
• 5.2 材料本构关系的确定56-57
• 5.3 有限元模型57-60
• 5.3.1 几何模型57-58
• 5.3.2 网格划分58
• 5.3.3 载荷和边界条件58-60
• 5.4 压痕残余应力有限元模拟结果60-63
• 5.5 压痕凹坑对材料表面应力分布的影响63-65
• 5.6 本章小结65-66
• 结论与展望66-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-78
• 攻读硕士学位论文期间发表论文与参加科研项目78-79
• 附件79

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本文编号：1037134