高温拉伸—疲劳测试装置设计分析与试验研究

发布时间：2018-03-29 03:40

本文选题：高温　切入点：拉伸　出处：《吉林大学》2016年硕士论文

【摘要】：实际条件下,材料通常是在多种载荷复合加载的复杂条件下服役的。然而,就当前状况而言,学术界和工程界对复杂载荷条件下材料的变形损伤与破坏机理缺乏深入研究,进而影响到对材料的服役性能评估和寿命预测。此外,高低温、电场、磁场等特殊物理场也会对材料性能带来影响,尤其高温环境下,传统金属材料的力学行为会发生明显变化。因此,针对特殊物理场开展复杂载荷条件下材料的力学性能测试技术研究显得十分必要。论文对拉伸、疲劳以及高温测试技术国内外发展现状进行了综述分析,并在此基础上,提出了高温拉伸-疲劳载荷条件下材料微观力学性能测试的原理与方法,设计研制了高温拉伸-疲劳测试装置,经试验验证:该测试装置可实现常温环境以及500oC至1600oC高温条件下的拉伸测试与拉伸-疲劳测试,为分析和研究材料在上述复杂载荷条件作用下的力学行为与损伤机制提供了方法。本文的主要研究工作包括:论文在提出高温拉伸-疲劳载荷条件下材料微观力学性能测试原理与方法的基础上,设计了高温拉伸-疲劳测试装置;利用Abaqus软件对装置关键零部件和整机结构的动静态特性开展了有限元仿真,分析了测试装置的可行性。开展了测试装置的研制组装与电控单元的设计研制;结合程序控制部分,开展了测试装置电控单元与机械结构的集成与调试。在此基础上,对测试结果的重复性、高温加载单元的加载稳定性以及疲劳单元的可靠性分别进行了测试与分析。结合试件的变形特点,提出基于LVDT位移传感器测量值计量试件标距段变形量的校准算法;测量了测试装置的机架刚度,并根据拉伸载荷作用下机架的变形情况与试件变形的校准算法,对弹性模量的计算方法进行了修正校准。在此基础上,针对相同被测材料样品,分别利用论文研制的测试装置与商业化试验机开展了测试分析,结合对弹性模量E、屈服强度s?、抗拉强度b?等基本力学参数测试结果的对比,发现论文研制的测试装置的测试结果相比于商业化试验机测试结果的误差均不超过5%,表明了论文提出的测试方法的可行性。论文在常温条件下对Q235钢开展了拉伸试验测试,验证了测试装置的重复性与稳定性;通过试验测试研究了拉伸加载速度对Q235钢力学性能参数的影响,发现随着拉伸加载速度增高,测得的材料抗拉强度有增大趋势;针对Q235钢还开展了拉伸-疲劳复合载荷测试,分别在材料拉伸测试的弹性阶段、强化阶段和局部变形阶段对材料施加了低周疲劳载荷,结果显示在弹性阶段、强化阶段施加疲劳载荷后明显加速了材料的断裂过程,且在强化阶段、局部变形阶段施加疲劳载荷后,材料所受的拉伸载荷有小幅衰减。论文还开展了变温条件下高温合金GH113的拉伸试验测试,通过对比试验结果发现,随着加载温度的升高,GH1131的屈服强度、抗拉强度逐渐降低,而延伸率有所增加,且在材料发生突然断裂前,随着试件持续受拉伸长,常温下所需的拉伸载荷仍呈递增趋势,而在高温700oC以上,随着试件持续伸长,所需拉伸载荷逐渐衰减,且加载温度越高,载荷衰减程度越大。
[Abstract]:On the basis of the theory and method of testing the mechanical properties of the materials under complex loading conditions , the paper presents the principle and method for testing the mechanical behavior and damage mechanism of the materials under the conditions of high temperature tensile and fatigue loading . The test results show that the test device can realize the mechanical behavior and the fatigue testing of the materials under the conditions of high temperature tensile and fatigue loading . The results show that the tensile strength and tensile strength of the test device are not more than 5 % compared with the test results of the commercial testing machine . The tensile load of the material is increased with the increase of the tensile loading speed . The tensile load required under the normal temperature is gradually decreased with the increase of the tensile loading speed .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH87

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