[发明专利]一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法

权利要求书

1.一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、设计并组建试验系统，所述试验系统包括电子拉扭试验机及其配套的信号采集系统、声发射信号分析系统和计算机分析系统，所述电子拉扭试验机用于对由同种材料加工而成的一组专用拉扭试件进行拉伸-扭转载荷加载试验；所述信号采集系统用于采集试验过程中产生的声发射信号；所述声发射信号分析系统用于采集试件断铅试验中的声速值，并自动储存声发射声波，实时监测断铅试验过程中的声发射现象；所述计算机分析系统用于根据采集的声发射信号计算提取信号特征值，绘制特征曲线，并进行后续的不同加载速率下拉扭破坏应力的分析计算；

第二步、利用声发射信号分析系统对同材料的一组专用拉扭试件进行声发射断铅试验，得到各试件的声速值，并在试件上标记声速值；

第三步、设计拉伸-扭转组合加载方案并利用电子拉扭试验机按照设定的拉伸-扭转加载方案对标记声速值的试件进行试验，在试验过程中通过声发射信号分析系统采集力学信号，力学信号包括轴向拉力、轴向变形、扭矩和扭转角；

第四步、结合材料拉扭组合破坏类型、应力状态理论及试验过程中采集的最大轴向拉力和最大扭矩，得到各试件的拉扭破坏应力；

第五步、基于最小二乘法建立拉扭破坏应力关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的关系模型，然后获取相关性系数，并依据相关性系数验证关系模型的有效性；

第六步、根据关系模型及测定的声速值预测给定拉扭加载速率下材料的拉扭破坏应力，然后建立试件的拉扭强度条件。

2.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，所述声发射信号分析系统包括两个声发射压电陶瓷传感器，两个放大器，一个声发射仪和一个专用微机。

3.根据权利要求2所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第二步声发射断铅试验中，试件采用直线定位，用以在一维空间中确定声发射源的位置坐标。

4.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第三步拉伸-扭转试验过程中，向试件施加的轴向拉力采用位移控制方式，向试件施加的扭矩采用角度控制方式，轴向拉力与扭矩同时加载，并且设计六级及以上的变形速率水平。

5.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，在所述第一步与第二步之间还具有以下步骤：加工试验用标准试件，即将同一种材料按照设计要求尺寸加工，获得一组与电子拉扭试验机拉扭加载专用夹头配套的专用试件。

6.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第四步中，获取试件拉扭破坏应力的方法如下：

4.1当试件为脆性材料时，将试件破坏时的破坏应力记为σ_tt，结合采集的试验数据并根据(1)式计算试件破坏时的破坏应力，

其中，σ₁为主应力，σ_m为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τ_m为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力；

4.2当试件为塑性材料时，将试件拉扭破坏时的破坏应力记为τ_tt，结合采集的试验数据并根据(2)式计算试件拉扭破坏时的破坏应力，

其中，τ_max为最大剪应力，σ_m为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τ_m为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力。

7.根据权利要求6所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，在步骤4.1、4.2中，当轴向拉力为最大轴向拉力时，根据(3)式计算对应的最大轴向拉伸正应力σ_m，

其中，F_m为同一加载速率下试验过程中所采集的最大轴向拉力，A₀为加载试验前试件标距内的原始横截面面积。