[发明专利]一种金属材料强度性能评定方法

说明书

技术领域

本发明属于航空材料强度试验领域，特别是涉及到一种金属材料强度性能评定方法。

背景技术

随着飞机结构设计思想的不断更新和演变，损伤容限设计与评定技术已广泛地用于飞机的结构强度设计，以确保飞机结构的使用安全。

飞机结构损伤容限设计理念要求所采用的材料本身能够具有相当的损伤容限能力，而结构损伤容限设计主要是利用材料的缓慢裂纹扩展特性和含裂纹结构的剩余强度。目前被广泛应用和比较一致的认识，是采用断裂韧性来评估含裂纹材料的剩余强度，但对于裂纹扩展特性的评价仍没有形成统一的指标。并且，如何在选材过程中，综合考虑材料的静强度与损伤容限性能，国内还没有一个准确的衡量指标与方法。例如，铝合金LY12(热处理状态CZ,δ=2.0mm，L-T向)抗拉强度σ_b为459MPa，钛合金TC4热处理状态M,δ=2.0mm，L-T向）抗拉强度σ_b为1084MPa以及合金钢30CrMnSiNi2A（900°C加热，230°C等温，260°C回火，L-T向）抗拉强度σ_b为1603MPa；而对于这三种材料的断裂韧度，在室温空气下，铝合金LY12的钛合金TC4的合金钢30CrMnSiNi2A的分别查询三种材料裂纹扩展速率的Paris公式拟合线，在R=0.06，对应裂纹扩展速率为10^-5下，对于铝合金LY12的而对于钛合金TC4和合金钢30CrMnSiNi2A的从以上数据可以看出就三种材料的静强度性能而言合金钢最好，而对于其断裂韧性而言钛合金最好，但是在裂纹的稳定扩展阶段，钛合金与合金钢的裂纹扩展性能又要略好与铝合金，但这并不能说明钛合金和合金钢综合强度性能就要好于铝合金，因为钛合金和合金钢的一般工作应力比铝合金高。因此很难给出这三种材料的综合强度指标，或进行强度性能的相对性比较。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够准确评定金属材料性能的一种金属材料强度性能评定方法，能够有效地解决选材的综合评价问题。

本发明的技术方案是：一种金属材料强度性能评定方法，包括以下步骤：

步骤一、查阅每一种待评定材料的K_C和σ_b值，其中K_C是为材料的断裂韧性，σ_b是材料的极限拉伸强度，并利用上述两个值来确定每种材料的静强度性能评定指标Z_P值，Z_P=K_C/σ_b；

步骤二、查阅每一种待评定材料的稳定裂纹扩展阶段的da/dN~ΔK曲线；其中da/dN为裂纹扩展速率,ΔK为应力强度因子变化幅值。

步骤三、由于一般结构大部分工作应力在σ_b/3左右,因此对材料的裂纹扩展特性进行评价时,等幅载荷的最大应力通常取σ_b/3。现将步骤二中查阅得到的da/dN~ΔK曲线的横坐标转换成3ΔK/σ_b,得到da/dN~3ΔK/σ_b曲线,即当工作应力为σ_b/3时裂纹扩展速率da/dN与裂纹长度的平方根之间的关系曲线。

步骤四、根据步骤三中得到的da/dN~3ΔK/σ_b曲线，确定裂纹扩展性能评定指标K_P，即在裂纹扩展速率d a/d N=1×10^-5mm/次下，对应的当量裂纹扩展长度K_P=3ΔK/σ_b；

步骤五、结合步骤一与步骤四中得到的静强度性能评定指标Z_P值以及裂纹扩展性能评定指标K_P值，确定每一种待评定材料的强度综合评定指标L_d，其中根据试验结果与使用经验，按照统计规律分析结果，引入加权系数进行修正处理。静强度性能评定指标权系数取为0.4，裂纹扩展性能评定指标权系数取为0.6，由此计算每一种待评定材料的强度综合评定指标L_d=0.4×Z_P+0.6×K_P。对于每一种待评定材料的强度综合评定指标L_d，指标L_d越大，则待评测材料的强度性能越好。