[发明专利]基于高温液压鼓胀试样测试的材料单轴应力-应变关系确定方法

说明书

本发明公开了一种基于高温液压鼓胀试样测试的材料单轴应力‑应变关系确定方法，包括如下步骤：制备试样，通过对所述试样进行液压鼓胀测试获取试样的压力‑中心挠度试验曲线，基于所述压力‑中心挠度试验曲线得到试样的外力功‑中心挠度曲线，利用所述外力功‑中心挠度曲线获取材料的屈服强度和应变硬化指数，进而确定材料的单轴应力‑应变关系。本申请的材料单轴应力‑应变关系的确定方法，通过液压鼓胀微试样测试技术获取材料单轴应力‑应变关系，只需对试验获取的压力‑中心挠度试验曲线进行简单的分析计算，即可获取材料单轴应力‑应变关系曲线的材料参数，所得结果精度较高，无需进行大量试验，试验方法和试验原理相对简单，十分便于工程应用。

技术领域

本发明属于延性材料的力学性能测试技术领域，尤其对稀有、微尺度材料以及高温环境下服役构件材料的力学性能测试领域，具体涉及一种基于高温液压鼓胀微试样测试的材料单轴应力-应变关系确定方法。

背景技术

在核电领域中，存在大量的在高温、辐照等复杂环境下服役的构件，随着时间的增长，材料势必发生热老化、氧化、腐蚀等现象，造成材料的劣化和损伤，如何进行材料的可靠性和安全性评定具有重要意义。传统的方法是对服役构件进行无损检测或者取样试验，无损检测能对结构的均匀性和微缺陷进行检测，但无法定量给出材料的许多力学性能参数，如屈服强度、抗拉强度和断裂韧性等；试验取样具有破坏性，由于电站建造初期材料留样数目的限制以及核电安全监管限制，从核电现场截取标准尺寸试样的材料力学性能测试难以完成。

为了解决核承压设备结构完整性评估的问题，微损测试与评价技术应运而生。从世界范围看，微损评价技术大致分为三类：第一类采用小型化试样或将标准试样按比例缩小进行试验；第二类通过新型试验技术，通常利用厚度约 0.5mm的圆片作为试样进行试验。该技术以圆片弯曲实验技术以及发展演变过来的金属材料小冲杆试验技术为代表；第三类通过球压痕技术进行试验。上述三类方法中以第二种，即小冲杆试验技术最为常用。该技术作为一种非标准测试方法，在压力容器、核容器设施等结构的转变温度和断裂韧性的测试上得到广泛发展。然而现行的小冲杆试验技术获取材料的屈服强度和抗拉强度，需要预先进行大量实验来建立基于小冲杆试验所获屈服载荷、最大载荷与通过大尺寸试样拉伸试验所获的屈服强度、抗拉强度之间的对应关系，最终通过大量数据的拟合来获取经验公式，同时试样受集中载荷，很难从理论上建立材料性能与载荷位移曲线的关联；对屈服强度、抗拉强度及断裂韧性等常规性能参数的评估大多属于经验关联，不同的研究者得出的经验关联公式不相同；试验结果受钢珠尺寸、钢珠刚性、加载对中度及钢珠与试样间摩擦系数等因素的影响。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本发明的目的是提供一种材料单轴应力-应变关系的确定方法，进而简易精确测量材料的单轴应力- 应变关系。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种基于高温液压鼓胀微试样测试的材料单轴应力-应变关系确定方法，包括如下步骤：制备试样，通过对所述试样进行液压鼓胀测试获取试样的压力- 中心挠度试验曲线，基于所述压力-中心挠度试验曲线得到试样的外力功-中心挠度曲线，利用所述外力功-中心挠度曲线获取材料的屈服强度和应变硬化指数，进而确定材料的单轴应力-应变关系。

根据本发明的一些优选实施方面，所述试样的制备为对在役构件进行微损取样，所述试样的尺寸为直径5～20mm、厚度0.3～0.7mm的圆片。

根据本发明的一些优选实施方面，所述外力功-中心挠度曲线通过下式获得：

式中，W为外力功；h为中心挠度；p为加载压力；D为液压鼓胀圆片试样受压的圆形区域的直径。

根据本发明的一些优选实施方面，对所述外力功-中心挠度曲线进行幂律拟合，得到下式

式中，W*为特征能量；m为挠度指数，其可由试验获取的W-h试验数据回归得到。