材料原位力学试验机拉伸模块设计与试验研究

发布时间：2017-05-11 19:00

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【摘要】：材料性能研究在半导体、航空航天、武器国防、汽车制造、微型传感器、大型装备制造和绿色新能源产业等领域中有着广泛的应用。传统材料力学测试对于试件在测试过程中的各种微观形貌的变化并没有足够的研究，而原位测试则可以获得这些详实的变化形貌图片，这在材料破坏机理研究上的优势非常明显。 在实际工作条件中，常规结构材料不会仅在常温下受到单一载荷的作用，更多情况下会受到多种载荷共同的作用。而功能材料作为具备特殊的物理、化学及生物学效应的特殊材料，更多情况下是在多物理场环境下工作。可见，无论是结构材料还是功能材料，在实际工况下大多会受到复杂物理环境和复合载荷的影响。因此对于材料而言，研究其在多物理场和多载荷环境下的力学性能研究无论对于生产生活还是学术研究都具有非常重要的意义。 目前国内外原位测试力学研究得到较快发展，但仍局限于普通结构材料的单一载荷试验，针对特殊材料的多载荷和多物理场试验研究还并不多见。针对以上问题，本文以常规结构材料为主，结合功能材料，开展了多载荷多物理场微观性能原位力学试验机的研制，提出了用于修正测试参数的理论算法，并开展了拉扭复合载荷试验和多物理场条件下的材料力学试验研究。 本文从多载荷多物理场的角度出发，，研制了材料原位力学试验机的拉伸模块部分，研究了其中涉及的结构设计、有限元分析和校核等问题。开发出一种新的试验机冷却系统，系统采用环形槽结构，通过水冷却方式对机体实现隔热降温，并通过隔热试验验证了该冷却系统的可靠性和安全性。 针对拉伸测试参数的准确性，本文分别从试件夹持变形、机体受力变形和主轴同轴度三个因素分析了测试参数误差产生的原因，并相应提出了三种修正参数值的理论算法，研究了不同因素对于拉伸测试参数的影响量。通过研究计算发现，试件夹持变形和机体受力变形对拉伸测试结果影响较明显，因此以二者修正算法为基础，建立了整体的参数修正算法公式。 本文利用研制的试验机，针对常规结构材料和功能材料开展了原位拉伸试验，获得了N6镍的拉伸过程形貌变化图像，了解了N6镍的拉伸断裂过程。针对5052铝开展了拉扭复合试验，研究了机体拉伸速率和扭转速率对材料力学性能参数的影响关系。针对Q235钢和N6镍，结合热、磁等外加物理场最大限度的模拟材料构件的真实工况，与常规环境试验下的材料试件相对比，分析研究热场和磁场对材料力学参数的影响关系。
【关键词】：拉伸 原位测试 修正算法 多载荷 多物理场
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 材料力学性能测试技术国内外研究进展12-14
• 1.2.2 原位拉伸测试技术国内外研究进展14-16
• 1.2.3 多物理场耦合微观性能材料测试国内外研究进展16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-20
• 第2章 原位力学试验机拉伸模块设计分析20-38
• 2.1 材料力学拉伸测试基本理论20-21
• 2.2 原位力学试验机拉伸模块的整体方案21-23
• 2.3 拉伸模块机械结构设计分析23-29
• 2.3.1 驱动单元23-25
• 2.3.2 传动单元25-29
• 2.3.3 试件夹具体29
• 2.4 冷却系统29-34
• 2.4.1 冷却系统结构组成及工作原理30-31
• 2.4.2 冷却系统隔热试验31-34
• 2.5 拉伸模块检测控制系统34-37
• 2.5.1 检测系统34-36
• 2.5.2 控制系统36-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 拉伸测试结果参数分析与修正38-52
• 3.1 拉伸测试结果参数分析38-43
• 3.1.1 试件夹持变形参数分析38-41
• 3.1.2 机体加载变形参数分析41-42
• 3.1.3 夹具同轴度参数分析42-43
• 3.2 修正算法系数计算43-49
• 3.2.1 试件夹持变形修正算法系数计算43-45
• 3.2.2 机体加载变形修正算法系数计算45-47
• 3.2.3 同轴度修正算法系数计算47-48
• 3.2.4 机体测试参数修正算法理论公式48-49
• 3.3 修正算法验证试验49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 多载荷多物理场力学试验测试52-66
• 4.1 力传感器标定52-53
• 4.2 试验流程53-55
• 4.2.1 试验设备53-54
• 4.2.2 试验试件54
• 4.2.3 试验步骤54-55
• 4.3 典型材料力学原位拉伸试验55-58
• 4.3.1 试样选择55
• 4.3.2 试验结果55-57
• 4.3.3 原位观测图像57-58
• 4.4 拉伸扭转复合载荷条件下试验分析58-62
• 4.4.1 试样选择58
• 4.4.2 不同扭转速率下的拉扭复合试验58-60
• 4.4.3 不同拉伸速率下的拉扭复合试验60-62
• 4.5 热场环境下材料拉伸试验分析62-63
• 4.5.1 试样选择62
• 4.5.2 热场加载方式62-63
• 4.5.3 试验结果分析63
• 4.6 磁场环境下材料拉伸试验分析63-65
• 4.6.1 试样选择64
• 4.6.2 磁加载方式64
• 4.6.3 试验结果分析64-65
• 4.7 本章小结65-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 参考文献68-74
• 作者简介及主要科研成果74-76
• 致谢76

【参考文献】

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1 石多奇,杨晓光,王延荣;镍基高温合金 Udimet720Li硬化与蠕变响应本构建模(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2003年03期

2 王新林,孙桂琴;金属功能材料发展概况[J];金属功能材料;1999年04期

3 陈隆庆,赵明f

本文编号：357836