一种反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法及装置，方法包括以下步骤：S1：提供一试样，对试样表面进行处理并制作散斑；S2：通过受力分析方法确定所述试样的加载载荷以及应力状态；S3：将试样装夹于一高温蠕变断裂实验装置中，对试样加载S2中所确定的加载载荷，设定实验温度，进行高温蠕变实验，并记录实验数据；S4：处理和分析实验数据，获得试样的轴向变形随时间变化的高温蠕变曲线和应变场分布。本发明专利技术的反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法及装置，采用拉伸剪切组合试样、光滑圆棒试样和圆棒缺口试样，在仅在拉伸载荷下可开展宽范围应力状态下的高温蠕变实验，为损伤模型的建立提供实验数据支持。损伤模型的建立提供实验数据支持。损伤模型的建立提供实验数据支持。

【技术实现步骤摘要】
一种反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法及装置


[0001]本专利技术涉及材料高温蠕变性能测试领域，更具体地涉及一种反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法及装置。

技术介绍

[0002]蠕变通常是指在较高温度和恒定应力下，结构变形随时间逐渐增加的现象，而在高温下服役的结构构件多处于多轴应力状态下，高温蠕变断裂又是其主要的失效形式之一。因此，研究多轴应力状态对高温蠕变延性、损伤机理以及失效模式的影响，对剩余寿命的预测起到至关重要的作用。
[0003]现有技术中，多轴应力对高温蠕变延性影响的研究主要集中在较高的应力三轴度水平下，如英迪拉
·
甘地原子中心的Goyal等人(Goyal S,Laha K,Vijayanand V D,et al.Effect of Multiaxial State of Stress on Creep Rupture Behaviour of 2.25Cr
‑
1Mo Steel.Procedia Engineering,2013,55:510
‑
516)利用缺口圆棒试样开展了高应力三轴度下的单向拉伸高温蠕变实验。而考虑低应力三轴度水平和不同罗德参数下的高温蠕变实验装置和方法还鲜见报道。其中，日本信州大学的Niu等人(Niu L
‑
B.Tension
‑
Torsion Creep Fracture Behaviors of Notched Specimens of Austenitic Steel SUS310S.Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering,2007,1:388
‑
396)利用缺口圆棒试样开展了不同拉伸扭转应力组合下的高温蠕变实验，其发现应力三轴度会影响高温蠕变孔洞的萌生和长大。
[0004]然而，上述实验研究存在如下问题，单向拉伸的圆棒缺口高温蠕变实验处于较高的应力三轴度水平，而不同拉伸扭转应力组合下的圆棒缺口高温蠕变实验又处于较低的应力三轴度水平，因此，两组实验都只涵盖了较小的应力三轴度范围，并且也没有考虑罗德参数对高温蠕变断裂性能的影响，此外，由于拉伸扭转高温蠕变实验其难于精确测量高温蠕变变形，因此，也并没有得到在低应力三轴度下高温蠕变延性、断裂时间与应力状态之间的关系；其次，拉伸扭转高温蠕变实验因为要同时施加轴向载荷和扭转载荷，实验较复杂，且对实验设备要求较高，最后，上述单向拉伸下的高温蠕变实验采用接触式引伸计进行测量，其只能测量标距内的均匀变形，无法测量缺口处的局部应变。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法及装置，研究宽范围多轴应力状态对高温蠕变断裂性能的影响，从而为损伤模型的建立提供实验数据支持。
[0006]本专利技术一方面提供一种反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法，包括以下步骤：
[0007]S1：提供一试样，对所述试样表面进行处理并制作散斑；
[0008]S2：通过受力分析方法确定所述试样的加载载荷以及应力状态；
[0009]S3：将所述试样装夹于一高温蠕变断裂实验装置中，对所述试样加载S2中所确定的加载载荷，设定实验温度，进行高温蠕变实验，并记录实验数据；
[0010]S4：处理和分析所述实验数据，获得所述试样的轴向变形随时间变化的高温蠕变曲线和应变场分布。
[0011]进一步地，所述试样包括拉伸剪切组合试样、光滑圆棒试样和圆棒缺口试样，所述试样所涵盖的应力三轴度范围为0
‑
2，罗德参数为
‑1‑
0。
[0012]进一步地，根据所述受力分析法，所述拉伸剪切组合试样的加载载荷满足如下关系式：
[0013][0014]其中，F为加载载荷，S为试样缺口处的最小横截面积，σ
e
为米塞斯应力，α为试样缺口中心线与轴线的夹角。
[0015]进一步地，根据所述受力分析法，在相同主应力σ，不同切应力τ下，所述拉伸剪切组合试样的加载载荷满足如下关系式：
[0016][0017]其中，F为加载载荷，S为试样缺口处的最小横截面积，σ为主应力，α为试样的缺口中心线与轴线的夹角。
[0018]进一步地，根据所述受力分析法，在相同切应力τ，不同主应力σ下，所述拉伸剪切组合试样的加载载荷满足如下关系式：
[0019][0020]其中，F为加载载荷，S为试样缺口处的最小横截面积，τ为切应力，α为试样缺口中心线与轴线的夹角。
[0021]进一步地，根据所述受力分析法，所述光滑圆棒试样和圆棒缺口试样的加载载荷满足如下关系式：
[0022]F＝σ
e
*S
[0023]其中，F为加载载荷，S为试样的最小横截面积，σ
e
为米塞斯应力。
[0024]进一步地，所述高温蠕变断裂实验装置包括非接触式光学测量装置，非接触式光学测量装置的测量范围覆盖所述试样的轴向长度。
[0025]进一步地，所述非接触式光学测量装置包括光源、相机、同步触发器和图像采集分析装置，所述光源和所述相机对准所述试样，所述相机的镜头前设置有滤光片，所述图像采集分析装置与所述相机通信相连，所述同步触发器与所述相机通信相连。
[0026]进一步地，所述S1中对试样表面进行处理并制作散斑包括：
[0027]将试样表面用油化器清洗剂去除试样表面上的油污，再用无水乙醇将表面擦拭一遍，待试样表面干燥后，在试样表面均匀涂覆一层棕色的耐高温无机胶，并在高温无机胶上利用喷笔均匀喷涂一层氧化铝颗粒，在室温下固化至少24小时，从而制得耐高温的散斑。
[0028]本专利技术另一方面提供一种高温蠕变断裂实验装置，包括高温蠕变试验机、加热装置以及与所述高温蠕变试验机和加热装置通信连接的控制装置，所述高温蠕变试验机上装
夹有试样，所述试样位于所述加热装置中，其特征在于，所述控制装置还与一非接触式光学测量装置通信连接，该非接触式光学测量装置的测量范围覆盖所述试样的轴向长度。
[0029]进一步地，所述非接触式光学测量装置包括光源、至少一个相机、同步触发器和图像采集分析装置，所述非接触式光源和所述相机对准所述试样，所述相机的镜头前设置有滤光片，所述图像采集分析装置与所述相机通信相连，所述同步触发器与所述相机通信相连，所述控制装置与所述同步触发器通信相连。
[0030]进一步地，所述相机为两个，且两个相机的镜头中心线的夹角范围为20
°‑
40
°
。
[0031]本专利技术的反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法及装置，通过采用拉伸剪切组合试样、光滑圆棒试样和圆棒缺口试样，仅在拉伸载荷下即可开展宽范围的应力状态下的高温蠕变实验，从而为损伤模型的建立提供实验数据支持；通过受力分析法确定试样的加载载荷，相比有限元方法，计算更简单和方便。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供一试样，对所述试样表面进行处理并制作散斑；S2：通过受力分析方法确定所述试样的加载载荷以及应力状态；S3：将所述试样装夹于一高温蠕变断裂实验装置中，对所述试样加载S2中所确定的加载载荷，设定实验温度，进行高温蠕变实验，并记录实验数据；S4：处理和分析所述实验数据，获得所述试样的轴向变形随时间变化的高温蠕变曲线和应变场分布。2.根据权利要求1所述的反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法，其特征在于，所述试样包括拉伸剪切组合试样、光滑圆棒试样和圆棒缺口试样，所述试样所涵盖的应力三轴度范围为0～2，罗德参数为
‑
1～0。3.根据权利要求2所述的反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法，其特征在于，根据所述受力分析法，所述拉伸剪切组合试样的加载载荷满足如下关系式：其中，F为加载载荷，S为试样缺口处的最小横截面积，σ
e
为米塞斯应力，α为试样缺口中心线与轴线的夹角。4.根据权利要求2所述的反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法，其特征在于，根据所述受力分析法，在相同主应力σ，不同切应力τ下，所述拉伸剪切组合试样的加载载荷满足如下关系式：其中，F为加载载荷，S为试样缺口处的最小横截面积，σ为主应力，α为试样的缺口中心线与轴线的夹角。5.根据权利要求2所述的反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法，其特征在于，根据所述受力分析法，在相同切应力τ，不同主应力σ下，所述拉伸剪切组合试样的加载载荷满足如下关系式：其中，F为加载载荷，S为试样缺口处的最小横截面积，τ为切应力，α为试样缺口中心线与轴线的夹角。6.根据权利要求2所述的反映多轴应力作用的高温蠕变断裂实验方法，其特征在于，根据所述受力分析法，所述光滑圆棒试样和圆棒缺口试样的加载载荷满足如下关系式：F＝σ
e
*S其中，F为加载载荷，S为试样的最小横截面积，σ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂善东，温建锋，张学伟，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：