一种基于比重测量的金属材料疲劳损伤程度确定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于比重测量的金属材料疲劳损伤程度确定方法，包括以下步骤：步骤1：测量金属材料损伤前的密度ρ和损伤后的密度为步骤2：按以下公式计算金属材料的疲劳损伤值：其中D为金属材料的疲劳损伤值该基于比重测量的金属材料疲劳损伤程度确定方法可靠性高，易于实施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
金属塑性损伤的研究历史，如果从前苏联科学家Kachanov于1958年提出"连续性 因子"和"有效应力"算起，至今仅半个多世纪的时间。虽然近年来获得了较快的发展，如提 出了金属塑性损伤的弹模测试法、超声波法、电阻测试法及微观硬度法等等，并将损伤力学 运用到核反应堆的设计建造、金属大变形加工中的成形极限和预估工程构件的使用寿命等 等。但也有很对文献对金属塑性损伤的存在提出质疑。可见，损伤力学仍处于一个发展阶 段，其主要原因在于损伤力学的难度较大，设备精度要求很高。 损伤是材料结构组织在外界因素作用下发生的力学性能劣化并导致体积单元破 坏的现象，它是力学学科和材料学科之间的一个交叉科学命题。金属材料是至今为止人们 在日常的生产和生活中应用极为广泛的材料之一。由金属材料制造的构件，在它退役之前， 无疑处于反复加、卸载（即工作-休息-工作_···)的循环载荷作用下，势必会受到疲劳损伤， 其材料内部极有可能产生微裂纹、微孔洞等材质疏松等劣化现象。因而开展金属材料疲劳 损伤的实验研究，既有重要的理论意义，又有广阔的应用价值。 另外，对于已经使用的机械设备，其关键受力部件的损伤如何，需要评估和检测， 而现有的金属材料疲劳损伤程度确定方法步骤复杂，且检测效果不理想。 如公开号为CN104634879A的中国专利技术专利公开了一种金属材料疲劳加载试验与 疲劳损伤无损检测分析方法【申请号为201510059474.8】;该方法同时属于声发射
和材料智能表征领域，该方法包括搭载声发射仪的疲劳试验与疲劳损伤无损检测分析两部 分，搭载声发射仪的疲劳试验包括材料试样疲劳加载、搭载声发射系统和声发射信号采集， 疲劳损伤无损检测分析包括对疲劳过程声发射信号进行特征提取、损伤识别和安全预警。 该方法将声发射技术与传统疲劳试验相结合，利用模式识别、统计分析等方法，确定金属材 料疲劳过程中声发射信号的特征并做出损伤识别与安全预警。该方法的步骤较为复杂;该 方法的核心是对声音信号进行模式识别，这就不可避免地带来建模误差，因此，能否反应材 料的真实损伤程度还有存疑。 另外，公开号为103323351A的中国专利公开了一种悬臂弯曲加载金属材料疲劳损 伤的试验测量方法【申请号为201310189936.9】;该方法基于金属材料发生疲劳损伤时其施 力点位移特征量必然发生变化的事实，并结合材料疲劳损伤变量的数学定义通过试验建立 光滑板状试样疲劳损伤量和施力点位移特征量之间的函数关系，在光滑板状试样设置约束 面（1)、缺口（2)、悬臂区（3)以及循环载荷P的施力点（4)，从而可以时时监测光滑板状试样 的疲劳损伤量，再和光滑板状试样的疲劳损伤量临界值进行对比，从而对金属材料或金属 构件的安全可靠性服役进行评估。首先，该方法研究的是金属材料的悬臂弯曲，而非金属材 料的拉伸，而且，该方法也无法应用于金属材料拉伸的研究中，再者，该方法核心在于通过 缺口处的面积变化量来确定损伤，面积变化量是指初始面积与实际承载面积的差值;面积 的测量较为困难，导致实验的难度较大。 因此，有必要设计一种新型的金属材料疲劳损伤程度确定方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于比重测量的金属材料疲劳损伤程度 确定方法，该基于比重测量的金属材料疲劳损伤程度确定方法可靠性高，易于实施。 专利技术的技术解决方案如下： -种基于比重测量的金属材料疲劳损伤程度确定方法，包括以下步骤： 步骤1:测量金属材料损伤前的密度P和损伤后的密度为#; 步骤2:按以下公式计算金属材料的疲劳损伤值：其中〇为金属材料的疲劳损伤值。所述的步骤1包括以下子步骤：步骤1):将未经损伤的金属材料加工为圆柱形试样，记为试样So;将经过损伤的金 属材料加工为圆柱形试样，记为试样Si; 步骤2):测量试样So的质量mo和体积Vo，测量试样Si的质量mi和体积Vi;从而： mr计算金属材料损伤前的密度ρ= < ;计算金属材料损伤后的密度= ^ = 所述的试样Si和试样S2均为Φ2XL2规格的圆柱体试样：圆柱直径为Φ2,圆柱长度 为L2;Φ2取值为4~6mm;L2的取值为18-22mm【优选为Φ5X20规格的圆柱体试样：圆柱直径 为5mm，圆柱长度为20mm。】 所述的试样&和试样&的表面光洁度不低于V7,尺寸公差为±0.02mm。 采用精度为0.lmg的称重仪器测量试样So和试样&的质量。 选用梅特勒UMT2型电子天平测量试样So和试样质量。 步骤1.1:将待试验金属材料加工成N个标准试样，所述的标准试样为直径Φ1和长 度为L的圆柱形试样;N2 5; (^*8-12111111^为90-110mm;【这里的直径长度为L的圆柱形 试样是指试件的中段的直径为Φ:，中段的长度为L】步骤1.2:将N个标准试样在拉伸试验机上进行不同程度的载荷试验；使得该N个试样产生拉伸形变；步骤1.3:将未经历加、卸载实验的原始试样加工为φ2XL2规格的圆柱体试样，即试样So;将经历了加、卸载实验的N个试样的颈缩处截取一段，分别加工为(i>2XLdl格的圆 柱体试样，即N个试样Si;圆柱体试样的直径为Φ2，圆柱体试样的长度为L2，Φ2取值为4~ 6mm;L2的取值为8-12mm; 所有的试样SjPSo均具有相同的大小规格【即在误差允许范围内直径均为φ2，长 度均为L2】； 步骤1.4: 采用精度为O.lmg的称重仪器测量试样So的质量mQ和试样Si的质量《V，并测量试 样So的体积V〇和试样体积％，i= 1，2，…，Ν; 步骤 2:因此，按下式计算第i个试样&的金属材料的疲劳损伤值D1; 并结合某一试样的载荷试验和该试样对应的01确定(考察)待测试材料的抗疲劳 损伤性能。 Φι为 10mm，L为 100mm;N=12;<})2= 5mm;L2 = 20mm;试样0和试样 1 的表面光洁度通 常应低于尺寸公差为±0.02mm，采用精度为O.lmg的称重仪器测量试样So和试样 质量。【优选45#低碳钢】针对经历实际使用已经产生实际形变的金属材料【比如某一个机器设备的某一部 件，已经使用了多年，现拆卸下来，通过测量研究其疲劳损伤，从而对其余的同批次的机器 的疲劳损伤状况做一个评估和参考(参照），或者是厂家对某一个关键部件的材料进行抗疲 劳性能进行测试】的疲劳损伤程度确定方法，包括以下步骤： 步骤1.1: 将未经使用且未发生拉伸形变的原始金属材料加工为φ2Χ?2规格的圆柱体试样， 即试样So;【比如一个机器设备的某一部件的厂家提供的样品】将使用后的【即经历了损伤 的】试样加工为Φ2XL2规格的圆柱体试样，即试样Si;圆柱体试样的直径为Φ2，圆柱体试样 的长度为L2,Φ2取值为4~6mm;L2的取值为8-12mm 试样SdPSi具有相同的大小规格【即在误差允许范围内直径均为φ2,长度均为 L2】； 步骤1.2: 采用精度为O.lmg的称重仪器测量试样So的质量mo和试样Si的质量血;并测量试样 So的体积Vo和试样Si的体积Vi 步骤 2: 按下式计算试样&的金属材料的疲劳损伤值D;【并结合该金属材料所在部件的实际使用情况和对应的疲劳损本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于比重测量的金属材料疲劳损伤程度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：测量金属材料损伤前的密度ρ和损伤后的密度为步骤2：按以下公式计算金属材料的疲劳损伤值：其中D为金属材料的疲劳损伤值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗迎社，司家勇，肖敏，杨世锋，徐小舟，侯朝国，黄斌杰，何瑾，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43