一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法技术

本发明专利技术涉及金属材料可靠性验证方法领域，具体涉及一种金属材料热疲劳性能快速评估的方法，其包括材料参数标定流程和V型样件热疲劳性能测试评估；所述材料参数标定流程通过拉伸实验及对样件的应力分析等过程得出材料的固化参数，所述V型样件热疲劳性能测试评估步骤为通过疲劳试验、试样的耦合分析、应变分析、温度应变分析等过程得出应变寿命关系，然后通过不断的试验得出金属的应变寿命关系曲线，采用同样的方法，对多种金属进行试验，得到不同金属的应变寿命关系。本发明专利技术具有温升快、温度均匀、周期短、适用性强、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法


[0001]本专利技术涉及金属材料可靠性验证方法领域，具体涉及一种金属材料热疲劳性能快速评估的方法。

技术介绍

[0002]随着国家环保法规的加严，发动机排气温度越来越高，后处理产品的结构热疲劳失效问题越来越明显。如何优化改善金属材料的热疲劳特性，成为行业里的一大技术难题。
[0003]目前，市场上用于检测金属材料热疲劳性能的方法，主要有标准热疲劳实验、燃烧器冷热冲击实验、高低温环境箱。这些实验方法，存在温升慢、成本高、试验周期长等缺点。
[0004]因此，针对现有热疲劳实验方法的一些不足，有必要针对金属板材，来专门开发出一种金属材料热疲劳性能快速评估的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述不足之处，提供一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法，旨在解决现有技术存在的问题，提供一种合理的、可行的、有效的金属材料热疲劳性能快速评估的方法。
[0006]按照本专利技术提供的技术方案，一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法，其特征在于，所述快速评估方法包括以下步骤：
[0007]1)对金属进行热疲劳实验，所述热疲劳实验根据不同载荷设置得出温度寿命关系载荷设置包括最高温度、最低温度、加热时间及冷却时间；
[0008]2)对金属进行循环拉伸试验，得出试验应力应变曲线；根据材料参数对金属进行应力应变分析，得出试验分析标定，将试验应力应变曲线与试验分析标定进行比较，输出固化材料参数；
[0009]3)试样建模，对试样建模进行参数设置，所述参数设置包括固化材料参数、约束条件、温度加载设置、材料参数及边界条件，通过热机耦合分析得出应变分析结果，在根据应变分析结果与温度关系得出温度应变关系；通过比较温度应变关系与温度寿命关系得出应变寿命关系；
[0010]4)重复步骤1)～步骤3)，获取不同的应变水平下的应变寿命关系，并拟合成曲线L1；
[0011]5)采用步骤1)～步骤4)同样的方法，对另一种金属材料的试样进行评估获得拟合曲线L2。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，热疲劳实验的准备条件包括制作金属的V型试样及安装V型试样的检测装置。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述检测装置包括固定组件、加热模块、温度传感器、力传感器及用于接收并处理数据的控制模块。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述试样建模同V型试样的尺寸形状保持一致。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2)制定输出固化材料参数包括以下步骤：
[0016]1)循环拉伸试验的准备条件，标定流程的输入信息，包括拉伸样件制作和载荷设置；
[0017]2)试验分析标定的准备条件，建立拉伸样件数模，根据验应力应变曲线确定材料模型参数；根据确定材料参数和标定流程的输入信息确定参数设置的范围；
[0018]3)将试验分析标定和验应力应变曲线进行比较，若分析试验结果不一致，则返回至参数设置，进行参数优化；若分析试验结果一致，则输出固化材料参数。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3)的参数优化包括材料参数、载荷参数、边界条件等。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3)的温度加载设置包括最高温度、最低温度、加热时间及冷却时间
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述热疲劳实验，通过高低温循环载荷，对金属的热疲劳性能进行测试，并记录实验过程中的作用反力，当作用反力降低50％时实验结束，并输出实验结果，包括循环次数记录、载荷曲线。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述热疲劳实验，通过高低温循环载荷，对V型试样的热疲劳性能进行测试，并记录实验过程中的作用反力，当作用反力降低50％时实验结束，并输出实验结果，包括循环次数记录、载荷曲线。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024]通过电流直接加热，样件温升快；
[0025]取消中间导热介质，热损失少；
[0026]样件采用等截面，温度分布均匀；
[0027]由于加热冷却时间短，实验周期明显缩短，测试成本低。
[0028]本方法适用于各种金属导体的热疲劳性能检测，适用性强。
附图说明
[0029]图1为材料参数标定流程。
[0030]图2为拉伸样件示意图。
[0031]图3为V型样件热疲劳性能测试评估流程图。
[0032]图4为V型样件安装状态示意图。
[0033]图5为V型样件应变寿命曲线拟合示例图。
[0034]附图标记说明：1
‑
检测装置、2
‑
V型试样、3
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底板、4
‑
第一电线、5
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压块、6
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温度传感器、7
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压轮、8
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第二电线、9
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力传感器、10
‑
挡块。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0036]本专利技术一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法，分为两个步骤，分别为材料参数标定流程和V型样件热疲劳性能测试评估。
[0037]第一个步骤，材料参数标定流程，如图1所示。
[0038]1)标定流程的输入信息，包括拉伸样件制作、载荷设置和拉伸样件数模；
[0039]2)根据载荷设置在拉伸样件上做循环拉伸试验；
[0040]3)根据循环拉伸试验得出的数据制作试验应力应变曲线；
[0041]4)根据验应力应变曲线确定材料模型参数；
[0042]5)根据材料模型参数和拉伸样件数模确定参数设置的范围；
[0043]6)根据参数设置对拉伸样件依次做有限元分析和分析应力应变曲线，进而得出试验分析标定；
[0044]7)将试验分析标定和验应力应变曲线进行比较，若分析试验结果不一致，则返回至参数设置，进行参数优化；若分析试验结果一致，则输出固化材料参数。
[0045]所述拉伸样件制作、载荷设置、拉伸样数模为该流程的输入信息；
[0046]所述拉伸样件制作，为标准试样，常用的采用“狗骨头”形状的试样，即为两端尺寸大于中间尺寸的试样，通过拉力试验机测试，记录试样的循环应力应变曲线，见图2所示。
[0047]所述载荷设置，包括载荷数值、加载速率、环境温度、循环加载次数；
[0048]所述循环拉伸试验，测试拉伸样件在循环载荷下的响应情况，并输出试验应力应变曲线；
[0049]所述确定材料参数，根据试验应力应变曲线，通过拟合确定材料参数；
[0050]所述参数设置，包括材料信息、载荷信息、边界信息的设置；
[0051]所述有限元分析，对拉伸样件数模进行力学分析，模拟循环拉伸试验工况，并输出分析应力应变曲线；
[0052]所述试验分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法，其特征在于，所述快速评估方法包括以下步骤：1)对金属进行热疲劳实验，所述热疲劳实验根据不同载荷设置得出温度寿命关系载荷设置包括最高温度、最低温度、加热时间及冷却时间；2)对金属进行循环拉伸试验，得出试验应力应变曲线；根据材料参数对金属进行应力应变分析，得出试验分析标定，将试验应力应变曲线与试验分析标定进行比较，输出固化材料参数；3)试样建模，对试样建模进行参数设置，所述参数设置包括固化材料参数、约束条件、温度加载设置、材料参数及边界条件，通过热机耦合分析得出应变分析结果，在根据应变分析结果与温度关系得出温度应变关系；通过比较温度应变关系与温度寿命关系得出应变寿命关系；4)重复步骤1)～步骤3)，获取不同的应变水平下的应变寿命关系，并拟合成曲线L1；5)采用步骤1)～步骤4)同样的方法，对另一种金属材料的试样进行评估获得拟合曲线L2。2.如权利要求1所述的一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法，其特征在于，热疲劳实验的准备条件包括制作金属的V型试样及安装V型试样的检测装置。3.如权利要求2所述的一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法，其特征在于，所述检测装置包括固定组件、加热模块、温度传感器、力传感器及用于接收并处理数据的控制模块。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小东，陈正国，赵宁，李罗根，王志远，
申请(专利权)人：无锡威孚力达催化净化器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：