[发明专利]一种小冲杆试验获取超薄材料弹塑性性能的方法

说明书

本发明属于材料测试技术领域，公开了一种小冲杆试验获取超薄材料弹塑性性能的方法，通过小冲杆试验和标准单轴拉伸试验获取单独邻近材料的载荷‑位移曲线、弹性模量、屈服强度、抗拉强度力学性能、多层复合结构包括超薄材料及临近材料的载荷‑位移曲线；建立小冲杆试验有限元模型，输入相邻材料的弹塑性力学性能，利用逆向求解法求取超薄材料的弹塑性性能；改变超薄材料的厚度，进行小冲杆试验得到载荷‑位移曲线，通过比较试验结果与使用逆向求解法所的参数的模拟结果确定所得超薄材料弹塑性性能的正确性。本发明解决了多层材料结构中单层超薄材料无法直接进行标准常规力学性能试验获得材料力学性能的问题。

技术领域

本发明属于材料测试技术领域，尤其涉及一种小冲杆试验获取超薄材料弹塑性性能的方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：化工、核电、燃料电池以及航空航天等领域所使用的诸多设备或机械部件，由于其长期服役在高温、高压或腐蚀的条件下，所用材料的力学性能会发生劣化，降低设备的使用寿命，对其进行安全性的评定具有重要意义。小冲杆试验测试技术是一种近乎无损的一种试验技术，只需要微小的试验样本，直接在在役设备上微损取样，就能在不影响设备正常使用的前提下，较为准确的测量出材料的各种力学性能，如屈服强度、抗拉强度、断裂韧性、韧脆转变温度和蠕变性能等，具有很高的工程应用价值。

小冲杆试验测试技术测试的试样厚度大多为0.2-0.8mm范围内，针对更薄的材料，在取样及试样加工方面存在较大的困难，针对厚度尺寸在0.1mm甚至更小范围的微尺度材料，很难直接通过小冲杆试验和常规标准试验，例如常规拉伸试验，常规夏比冲击试验，常规蠕变试验等，获得其力学性能。但对于服役设备而言，任何部位的材料都可能影响到设备的安全性，尤其是一些结构微小的钎焊焊接接头，因为钎焊焊缝厚度仅为几百甚至几十微米，因此对此类微尺度材料的力学性能研究具有重要的意义。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有多层结构中无法直接做成小冲杆试样和常规标准试样的超薄材料部分的力学性能难以测量。

解决上述技术问题的难度：

由于小冲杆试验中对试样的尺寸精度以及表面粗糙度和平行度等要求较高，且超薄材料进行小冲杆试验时影响因素较多，单独对超薄材料进行取样以及加工存在较大的困难。

解决上述技术问题的意义：

对服役设备而言，任何部位的材料都可能导致设备的失效，对超薄材料力学性能的研究有利于设备的安全评定和寿命评估，因此对微尺度材料的力学性能研究具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种小冲杆试验获取超薄材料弹塑性性能的方法。

本发明是这样实现的，一种小冲杆试验获取超薄材料弹塑性性能的方法，所述小冲杆试验获取超薄材料弹塑性性能的方法具体包括：

步骤一，通过小冲杆试验和标准单轴拉伸试验获取单独邻近材料的载荷-位移曲线以及弹性模量、屈服强度、抗拉强度力学性能，再通过小冲杆试验得到两层或三层(以下简称多层)复合结构包括超薄材料及临近材料的载荷-位移曲线；

步骤二，建立单纯邻近材料以及多层结构复合材料的小冲杆试验有限元模型，输入相邻材料的弹塑性力学性能，包括弹性模量、屈服强度和抗拉强度，利用逆向求解法求取超薄材料层的弹塑性性能(包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度)；

步骤三，改变超薄材料的厚度，再次进行小冲杆试验得到载荷-位移曲线，通过比较所得试验结果与使用逆向求解法所得参数的模拟结果(载荷-位移曲线)的误差确定所得超薄材料弹塑性性能的正确性。

进一步，步骤二中，所述建立单纯邻近材料以及多层结构复合材料的小冲杆试验有限元模型，逆向求解法求取超薄材料的弹塑性性能具体包括：