材料力学性能测试技术的发展与趋势

材料力学性能测试技术的发展与趋势

王紫悦 金秀英 张博宇

中汽研汽车检验中心天津有限公司，天津 300030

摘要：随着我国科学技术的不断发展，大量的科技成果运用到了社会生产和生活中。现阶段，城市建设速度逐渐加快，对建筑材料的需求也随之增加，为有效掌控材料的质量，就需要具有权威的检测机构，对各种材料实施性能的检测，保证其材料质量满足建筑标准。因此，材料力学性能检测技术应运而生，其技术是以科学的手段，对金属材料进行性能检测，有效的判断出金属材料力学性能，并且得出材料是否满足建筑要求，这在一定程度上保证了建筑工程的质量。本文就材料力学性能检测技术的发展，进行了分析和探索，以及对材料力学性能检测软件进行了相关分析，以此为材料力学检测技术的发展提供良好的推动力。

关键词：力学性能；趋势；检测技术

引言：金属材料不论在建筑领域还是在工业领域中，都起到了极为重要的作用。因此，随着对金属材料质量的不断提高，材料力学性能检测技术也逐渐得到了人民的重视，并且在科学技术的支持下，材料检测技术也得到了极大的发展和改进。另外，在对金属材料力学性能检测中，需要借助相关的检测软件，以及需要具有专业技能的检测人员，甚至检测结果还会受到各种因素的影响，因此，在材料检测技术发展中，还应该从多方面着手，从而使材料力学性能检测技术得到良好的发展。

1. 材料力学性能检测概念

材料力学性能是指材料的宏观性能，同时也是各种工程建筑选用材料的重要依据。而材料力学性能检测则是对相关材料进行科学化和标准化的性能测试，其重要目的就是针对材料的用途，进行合理的性能检测，以此确保材料能够符合工程建筑的要求^[1]。但是，在金属材料力学性能检测中，经常会因为外界因素而导致检测结果出现误差，外界的主要影响因素有，材料的检测方法、待检试样的状态、检测工作人员的专业素质以及外界环境因素等。现阶段，材料力学性能检测技术的改进方向，主要表现在实验设备和检测技术，这两者都是影响材料力学性能检测结果的硬性条件，因此必须要加大创新和改进力度，从而提升材料检测结果的精准度。另外，对于待检试样对于检测结果的影响也要加以重视，现有的试样检测技术具有一定的局限性，由于金属材料构件在形状上不尽相同，在体积大小上也存在着明显差别，同时构件的服役环境也相对复杂多样，这就会加大的增加材料力学性能检测的难度系数。并且，在诸多影响因素下检测出的结果，就不具备科学依据也就不能证明材料，在实际工作条件下是否符合建筑要求。

2. 材料的力学性能

1. 材料受牵伸时的力学性能

断裂现象会导致材料产生较大残余变形，这就表明材料属于塑性材料。但是由于塑性材料种类的不同，有些材料就不存在明显的屈服阶段。而对于那些屈服阶段不明显的塑性材料，大多以卸载以后形成的数值进行判断，一般以0.2%的残余应变的应力作为屈服应力，也可以称之为屈服强度。与塑性材料相对的就是脆性材料，而脆性材料是不存在屈服阶段的，同时也不会出现无缩颈现象。

2. 材料受压缩的力学性能

材料在受压时的力学性能是以压缩试验测定的。在压缩试验测定中选取试样时，要避免选择细长的试样，因为细长形状的试样容易在检测过程中出现失稳现象^[2]。所以，在压缩试验测定中，为保证测验结果准确，就必须要选取短粗圆柱形的试样。另外，在试样屈服之前，压缩和拉伸的屈服应力和弹性模量基本相同时，其压缩曲线和拉伸曲线也就基本重合。而不同之处是，随着检测压力的不断增加，低碳钢试样会产生“扁平”现象。

3. 材料的力学性能分析

材料抵抗破坏的能力可以称之为强度，材料在实际应用中强度主要体现在应力分析上，其中材料的疲劳和断裂也都属于强度问题。而材料的疲劳问题则主要表现在，塑性较高的材料中。材料的断裂现象则是因为微观上的原因，具体是由于组成材料的原子间或者分子间的链断开导致的。断裂现象宏观上则是由于材料结构上的裂纹进一步扩展，使材料结构的最大应力，高出结构材料的破坏极限，从而导致材料出现断裂现象。

3. 材料力学性能检测技术的发展

在材料力学性能检测技术的发展过程中，逐渐研究出了预制相应的技术，例如模拟拉伸试验、建立模拟数据库、金属构件的应用模拟等。这极大的推动了材料力学性能检测技术的更新和进步，同时也提升了材料检测结果的准确性和权威性。

1. 模拟拉伸试验

材料力学性能检测技术中的模拟拉伸试验，其主要检测项目是，抗拉强度、伸长率、屈服强度和断面收缩率等^[3]。拉伸试验过程中会通过历弹性、屈服、强化和颈缩四个环节，并且每一个环节都会产生与以相应的试验结果，试验过程中要进行详细的阶段性数据记录，然后通过数据分析和对比，以此得到试样的各性能的检测结果，从而判断材料是否符合相关要求。

ANSYS是一种分析软件，其是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析软件，其作业方式主要分为前处理模块、分析计算模块以及后处理模块。ANSYS模拟金属拉伸试验的操作主要是根据拉伸试验的特点，在实验过程中将试样一端圆弧末端固定，在另一端试样圆弧末端施加拉力，这种材料检测方法可以有效的缩短数据计算时间，并且还可以极大的减少数据存储空间，与此同时增加了材料数据的计算精准度。

2. 模拟数据库的建立

密度、弹性模量以及泊松比，是表现材料性能的基本参数，其数值的大小和本身的状态与热处理状态相关联，但是与材料的使用环境和受力状态无光。其中泊松比是指材料单方面受拉，横向正应变和轴向正应变的绝对值比例，也可以称之为横向变形系数^[4]。模拟数据库的建立是根据模拟拉伸试验中通过对实际检验结果的耦合，从而推断出材料不同的模拟参数，但是得出的模拟参数与实际材料的参数毫无关系，而是实际检测和模拟结果耦合的条件。

结语：综上所述，材料力学性能检测技术，对于材料性能合格性和质量把控具有重要意义。在现代社会发展中，建筑工程对材料的性能要求越来越高，而材料力学性能检测技术就必须要随着发展和改进。材料的强度、硬度、韧性、疲劳度等特性，都是决定建筑工程质量的关键性因素，所以在工程中对相关材料会制定严格的参数，而要确保材料符合工程结构的要求，就必须要进行材料性能检测，并且要保证材料的检测参数值，要在工程规定的材料参数值范围内，才可以确保材料符合工程要求。另外，由于科学技术发展日新月异，所以材料力学性能检测技术要充分的结合科学技术，以此促进我国材料性能检测技术的发展，从而提升材料检测结果的精准度。

参考文献：

[1]华顺明,张宇,王义强,刘立君,赵宏伟.材料微观力学性能测试加载装置研究[J].压电与声光,2019,41(06):814-818.

[2]肖卓名. 拉力试验机控制系统设计与实现[D].长安大学,2018.

[3]刘先华. 材料扭转力学性能测试装置设计分析与试验[D].吉林大学,2017.

[4]米德龙. 碳纤维单丝拉伸测试装置设计与相关技术研究[D].哈尔滨工业大学,2016.