金属拉扭强度关于材料声速及加载速率最小二乘法的回归模型
发布时间：2021-11-29 00:59
为了研究不同加载速率下金属的拉扭强度及其预测方法,利用声发射检测仪及电子拉扭试验机分别对铸铁和中碳钢标准试件进行了声速测定及不同加载速率、加载路径下的拉伸-扭转组合变形试验,得到了各试件材料的声速值及相应加载方案下的载荷-变形曲线;根据平面应力状态及强度理论,推导出了材料拉扭破坏的最大正应力、最大剪应力;利用试验中采集的最大轴力、最大扭矩计算得到了材料的拉扭破坏应力、破坏面方向;基于最小二乘法拟合得到了材料拉扭强度关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的多元回归模型。研究表明:随着拉伸与扭转加载速率的增加,铸铁、碳钢的破坏应力分别呈现总体上升、总体下降的趋势;相同加载速率、不同加载路径下材料的破坏强度各不相同;建立的回归模型能较好地预测给定材料在不同加载速率下的破坏应力,并以此建立塑性及脆性材料的拉扭强度条件。
【文章来源】：应用力学学报. 2019,36(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
金属拉扭标准试件Fig.3Standardtensileandtorsionalmetalspecimens(a)铸铁(castiron)(b)碳钢(carbonsteel)
料的声速值大校2)安装试件将2种金属材料各取8根试件，在标距两端做好标记，将试件装入拉伸扭转专用夹头内，拧紧固定螺丝完成安装。3)加载并采集信号在软件操作界面，选定试验类型、完成参数设置后点击“启动”，进入校零阶段。之后按照表1试验方案设置拉伸和扭转加载速率加载，试验过程中同步采集拉力、扭矩、轴向变形、扭转角。4)观察并量取试件破断后尺寸试件断裂后将其从拉扭夹头中取出，观察其破坏面后拼接完整便于后续分析。4拉扭组合破坏应力及破坏方向理论分析如图4所示，试件在拉力F及力偶M作用下，试件产生拉扭组合变形。不同金属材料的拉扭破坏一般表现为脆性断裂或塑性剪切屈服。基于平面应力状态理论得到如图5所示A点的各斜截面上的最大正应力T、破坏面方向0、最大剪应力T、破坏面方向1。图4杆件拉扭示意图Fig.4Schematicdiagramoftherodundertensileandtorsionalaction图5单元体应力分析图Fig.5Stressanalysisdiagramofunit材料拉扭脆性破坏时，按最大拉应力理论建立强度条件，拉扭破坏应力值T满足2mm2Tm22(1)式中：mm0=FA；mm303416Td。其中Fm、Tm为材料拉扭破坏过程中采集的最大轴力、最大扭矩。其中d0、A0分别为试件加载前标距内的原始直径、横截面面积。正应力方向与横截面夹角0的计算公式为m0m22tan2=xyx(2)材料塑性破坏，按最大剪应力理论建立强度条件，其拉扭破坏应力值T满足2m2Tm2(3)最大剪应力所在面与横截面的夹角1
⒉杉?藕?在软件操作界面，选定试验类型、完成参数设置后点击“启动”，进入校零阶段。之后按照表1试验方案设置拉伸和扭转加载速率加载，试验过程中同步采集拉力、扭矩、轴向变形、扭转角。4)观察并量取试件破断后尺寸试件断裂后将其从拉扭夹头中取出，观察其破坏面后拼接完整便于后续分析。4拉扭组合破坏应力及破坏方向理论分析如图4所示，试件在拉力F及力偶M作用下，试件产生拉扭组合变形。不同金属材料的拉扭破坏一般表现为脆性断裂或塑性剪切屈服。基于平面应力状态理论得到如图5所示A点的各斜截面上的最大正应力T、破坏面方向0、最大剪应力T、破坏面方向1。图4杆件拉扭示意图Fig.4Schematicdiagramoftherodundertensileandtorsionalaction图5单元体应力分析图Fig.5Stressanalysisdiagramofunit材料拉扭脆性破坏时，按最大拉应力理论建立强度条件，拉扭破坏应力值T满足2mm2Tm22(1)式中：mm0=FA；mm303416Td。其中Fm、Tm为材料拉扭破坏过程中采集的最大轴力、最大扭矩。其中d0、A0分别为试件加载前标距内的原始直径、横截面面积。正应力方向与横截面夹角0的计算公式为m0m22tan2=xyx(2)材料塑性破坏，按最大剪应力理论建立强度条件，其拉扭破坏应力值T满足2m2Tm2(3)最大剪应力所在面与横截面的夹角1满足m1mtan222xxy(4)5试验结果及分析5.1加载速率对试件力学性能的影响图6、图7分别为铸铁、碳钢试件在不同加
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属棒试样拉伸和扭转试验应变范围和力学特性对比[J]. 陈俊甫,管志平,杨昌海,牛晓玲,姜振涛,宋玉泉. 吉林大学学报(工学版). 2018(04)
[2]片层Ti-55531合金的拉伸和扭转断裂失效行为[J]. 黄朝文,赵永庆,辛社伟,葛鹏,周伟,李倩,曾卫东. 稀有金属材料与工程. 2016(08)
[3]扭转塑性变形对6063铝合金拉伸力学性能的影响机理研究[J]. 安奎星,王志勇,李林安,王世斌,富东慧,赵明珠. 实验力学. 2016(02)
[4]双金属复合管的静动态力学特性[J]. 郭建英,马腾飞,刘生宝,白艳艳. 应用力学学报. 2016(01)
[5]用双模量理论分析灰铸铁拉伸与扭转的破坏实验[J]. 吴晓,杨立军,孙晋. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2011(03)
[6]低碳钢扭转预变形冲击性能与微观机理[J]. 张学义,邹广平,夏兴有,岳宝成. 哈尔滨工业大学学报. 2011(S1)
[7]扭转冷作硬化对低碳钢高低应变率力学性能的影响[J]. 曲嘉,邹广平,何蕴增. 哈尔滨工程大学学报. 2010(05)
[8]加载速率、缺口几何和加载方式对16MnR钢解理断裂行为的影响[J]. 王国珍,王玉良,轩福贞,涂善东,王正东. 金属学报. 2009(07)
[9]Q235钢筋母材冷作硬化试验研究[J]. 邹广平,张学义,吴国辉,周铮. 哈尔滨工程大学学报. 2002(03)
[10]灰铸铁拉伸与扭转破坏实验的强度条件分析[J]. 汤安民,刘泽明. 西安理工大学学报. 2000(03)
硕士论文
[1]高温预扭转条件下金属材料拉伸力学性能试验研究[D]. 徐修权.吉林大学 2016
[2]金属塑性材料拉伸过程的细观模拟与声发射特性研究[D]. 王子兴.东北石油大学 2013
本文编号：3525512
【文章来源】：应用力学学报. 2019,36(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
金属拉扭标准试件Fig.3Standardtensileandtorsionalmetalspecimens(a)铸铁(castiron)(b)碳钢(carbonsteel)
料的声速值大校2)安装试件将2种金属材料各取8根试件，在标距两端做好标记，将试件装入拉伸扭转专用夹头内，拧紧固定螺丝完成安装。3)加载并采集信号在软件操作界面，选定试验类型、完成参数设置后点击“启动”，进入校零阶段。之后按照表1试验方案设置拉伸和扭转加载速率加载，试验过程中同步采集拉力、扭矩、轴向变形、扭转角。4)观察并量取试件破断后尺寸试件断裂后将其从拉扭夹头中取出，观察其破坏面后拼接完整便于后续分析。4拉扭组合破坏应力及破坏方向理论分析如图4所示，试件在拉力F及力偶M作用下，试件产生拉扭组合变形。不同金属材料的拉扭破坏一般表现为脆性断裂或塑性剪切屈服。基于平面应力状态理论得到如图5所示A点的各斜截面上的最大正应力T、破坏面方向0、最大剪应力T、破坏面方向1。图4杆件拉扭示意图Fig.4Schematicdiagramoftherodundertensileandtorsionalaction图5单元体应力分析图Fig.5Stressanalysisdiagramofunit材料拉扭脆性破坏时，按最大拉应力理论建立强度条件，拉扭破坏应力值T满足2mm2Tm22(1)式中：mm0=FA；mm303416Td。其中Fm、Tm为材料拉扭破坏过程中采集的最大轴力、最大扭矩。其中d0、A0分别为试件加载前标距内的原始直径、横截面面积。正应力方向与横截面夹角0的计算公式为m0m22tan2=xyx(2)材料塑性破坏，按最大剪应力理论建立强度条件，其拉扭破坏应力值T满足2m2Tm2(3)最大剪应力所在面与横截面的夹角1
⒉杉?藕?在软件操作界面，选定试验类型、完成参数设置后点击“启动”，进入校零阶段。之后按照表1试验方案设置拉伸和扭转加载速率加载，试验过程中同步采集拉力、扭矩、轴向变形、扭转角。4)观察并量取试件破断后尺寸试件断裂后将其从拉扭夹头中取出，观察其破坏面后拼接完整便于后续分析。4拉扭组合破坏应力及破坏方向理论分析如图4所示，试件在拉力F及力偶M作用下，试件产生拉扭组合变形。不同金属材料的拉扭破坏一般表现为脆性断裂或塑性剪切屈服。基于平面应力状态理论得到如图5所示A点的各斜截面上的最大正应力T、破坏面方向0、最大剪应力T、破坏面方向1。图4杆件拉扭示意图Fig.4Schematicdiagramoftherodundertensileandtorsionalaction图5单元体应力分析图Fig.5Stressanalysisdiagramofunit材料拉扭脆性破坏时，按最大拉应力理论建立强度条件，拉扭破坏应力值T满足2mm2Tm22(1)式中：mm0=FA；mm303416Td。其中Fm、Tm为材料拉扭破坏过程中采集的最大轴力、最大扭矩。其中d0、A0分别为试件加载前标距内的原始直径、横截面面积。正应力方向与横截面夹角0的计算公式为m0m22tan2=xyx(2)材料塑性破坏，按最大剪应力理论建立强度条件，其拉扭破坏应力值T满足2m2Tm2(3)最大剪应力所在面与横截面的夹角1满足m1mtan222xxy(4)5试验结果及分析5.1加载速率对试件力学性能的影响图6、图7分别为铸铁、碳钢试件在不同加
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属棒试样拉伸和扭转试验应变范围和力学特性对比[J]. 陈俊甫,管志平,杨昌海,牛晓玲,姜振涛,宋玉泉. 吉林大学学报(工学版). 2018(04)
[2]片层Ti-55531合金的拉伸和扭转断裂失效行为[J]. 黄朝文,赵永庆,辛社伟,葛鹏,周伟,李倩,曾卫东. 稀有金属材料与工程. 2016(08)
[3]扭转塑性变形对6063铝合金拉伸力学性能的影响机理研究[J]. 安奎星,王志勇,李林安,王世斌,富东慧,赵明珠. 实验力学. 2016(02)
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[5]用双模量理论分析灰铸铁拉伸与扭转的破坏实验[J]. 吴晓,杨立军,孙晋. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2011(03)
[6]低碳钢扭转预变形冲击性能与微观机理[J]. 张学义,邹广平,夏兴有,岳宝成. 哈尔滨工业大学学报. 2011(S1)
[7]扭转冷作硬化对低碳钢高低应变率力学性能的影响[J]. 曲嘉,邹广平,何蕴增. 哈尔滨工程大学学报. 2010(05)
[8]加载速率、缺口几何和加载方式对16MnR钢解理断裂行为的影响[J]. 王国珍,王玉良,轩福贞,涂善东,王正东. 金属学报. 2009(07)
[9]Q235钢筋母材冷作硬化试验研究[J]. 邹广平,张学义,吴国辉,周铮. 哈尔滨工程大学学报. 2002(03)
[10]灰铸铁拉伸与扭转破坏实验的强度条件分析[J]. 汤安民,刘泽明. 西安理工大学学报. 2000(03)
硕士论文
[1]高温预扭转条件下金属材料拉伸力学性能试验研究[D]. 徐修权.吉林大学 2016
[2]金属塑性材料拉伸过程的细观模拟与声发射特性研究[D]. 王子兴.东北石油大学 2013
本文编号：3525512
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