[发明专利]一种材料拉扭破坏应力及破坏面方向的预测方法

权利要求书

1.一种材料拉扭破坏应力及破坏面方向的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、设计并组建试验系统，所述试验系统包括拉扭电子材料试验机及其配套的信号采集系统，用于对由同种材料加工而成的一组专用拉扭试件进行拉伸-扭转载荷加载试验，并采集力学特征信号；计算机分析系统，用于根据采集的信号获取不同加载速率下试件破坏应力、破坏面方向；

第二步、加工试验用标准试件，将同一种金属材料按照设计要求尺寸加工，获得一组用于拉扭试验的专用试件；

第三步、设计拉扭组合加载方案并按照方案进行试验，设计一组不同水平的轴向位移、扭转角加载速率，并按照设定的加载速率进行拉伸扭转试验，实时采集试验过程中的力学信号，力学信号包括轴向拉力、轴向变形、扭矩、扭转角等；

第四步、基于采集的试验数据及材料力学理论，获得不同加载速率下试件的理论破坏应力及理论破坏面方向；

第五步、拉伸扭转试验结束后，观察试件的断裂破坏面，并测量破坏面的斜面长度，最后获取试件的破坏面与横截面之间的实际夹角；

第六步、建立破坏应力、破坏面方向关于拉伸加载速率、扭转加载速率的关系模型，并获取相关性系数，然后依据相关性系数验证该模型的有效性，同时根据建立的模型预测不同加载速率下材料的破坏应力及破坏面方向，以便于对材料的拉扭强度及安全性作出预测。

2.根据权利要求1所述一种材料拉扭破坏应力及破坏面方向的预测方法，其特征在于，在第三步的拉伸扭转试验过程中，向试件施加的轴向拉力、扭矩均采用变形速率加载及控制方式，轴向拉力与扭矩同时加载，并且设计四级及以上的变形速率水平。

3.根据权利要求1所述一种材料拉扭破坏应力及破坏面方向的预测方法，其特征在于，所述试件为同一种材料、同批次加工得到的，与拉扭电子材料试验机的拉扭加载专用夹头配套的标准试件。

4.根据权利要求1所述一种材料拉扭破坏应力及破坏面方向的预测方法，其特征在于，第四步中，基于试验数据的理论拉扭破坏应力及理论破坏面方向的获取方法具体如下：

㈠当试件为脆性材料时，将试件断裂时的理论破坏应力记为σ₁，结合试验数据并根据(1)式计算试件断裂时的理论破坏应力，

将试件断裂时的理论破坏面方向记为α₀，结合试验数据并根据(2)式计算试件断裂时的理论破坏面方向，

其中，σ_m为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τ_m为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力；

㈡当试件为塑性材料时，将试件拉扭破坏时的理论破坏应力记为τ_max，结合试验数据并根据(3)式计算试件拉扭破坏时的理论破坏应力，

将试件拉扭破坏时的理论破坏面方向记为α₁，结合试验数据并根据(4)式计算试件拉扭破坏时的理论破坏面方向，

其中，σ_m为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τ_m为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力。

5.根据权利要求4所述一种材料拉扭破坏应力及破坏面方向的预测方法，其特征在于，在步骤㈠、㈡中，当轴向拉力为最大轴向拉力时，根据(5)式计算对应的最大轴向拉伸正应力σ_m，

其中，F_m为同一加载速率下试验过程中所采集的最大轴向拉力，A₀为加载试验前试件标距内的原始横截面面积。