[发明专利]一种小尺寸样品的材料拉伸性能测试方法及装置

说明书

本发明公开了一种小尺寸样品的材料拉伸性能测试方法，通过小尺寸样品在位移控制下的单轴拉伸加载试验，获取两夹具端稳定的载荷‑位移曲线；建立两种样品非等直测量段有限元仿真模型；提取试验曲线，以样品非等直测量段载荷‑位移关系预测符合Hollomon本构模型的单轴真应力‑应变关系；同时得到材料弹性模量E和抗拉强度Rsubgt;m/subgt;；根据获取的单轴真应力‑应变关系转换得到工程应力‑应变曲线，从而得到屈服强度Rsubgt;p0.2/subgt;。本发明解决了传统拉伸性能试验测试方法的样品尺寸限制问题，具有可靠的基础理论支撑，不依赖于经验公式，试验操作简便，使用小尺寸样品即可准确获取材料连续完整的单轴应力‑应变关系、屈服强度及抗拉强度。

技术领域

本发明涉及力学性能测试技术领域，具体涉及一种小尺寸样品的材料拉伸性能测试方法及装置。

背景技术

核聚变能因其安全、清洁、无污染，且核聚变燃料用之不竭，被认为是一种崭新的可持续能源。在建造聚变反应堆前，需对结构备选材料进行中子辐照考验，测试材料在辐照后的力学性能，对结构材料进行抗辐照性能筛选，判断材料是否符合入堆使用要求。然而，由于辐照空间较小，如IFMIF高通量的体积仅为0.5L，且需在有限体积内放置拉伸、冲击、疲劳、断裂韧性等多种样品。采用传统的拉伸标准(ASTM E8-16a.Standard Test Methodsfor Tension Testing of Metallic Materials.Annual Book of ASTM Standards.WestConshohocken,PA:American Society for Testing and Materials；2016.)进行测试对辐照空间利用率较低，且单个样品体积越大，辐照后冷却时间越长。因此，在获得可靠材料性能的同时尽量减小样品的尺寸是缓解上述问题的有效途径。同时，小样品对于一些特殊领域(如航空航天、核电工程等焊接结构、在役结构等)也有较大测试需求。同时，小样品对于一些特殊领域(如航空航天、核电工程等焊接结构、在役结构等)也有较大测试需求。

材料的单轴应力-应变关系、弹性模量E、屈服强度R_p0.2、抗拉强度R_m是材料的基本力学性能，对工程结构的力学分析、优化设计和安全性评价至关重要，因此有关材料的拉伸小样品试验方法得到了广泛的研究。早在1981年，Baja R(Bajaj R,Shogan R P,DeflitchC.Tensile properties of neutron-irradiated nimonic PE16[C]//ASTM STP 725.WestConshohocken,PA:ASTM Internation,1981.)等在EBR-2材料辐照研究项目中提出了一种平板状拉伸样品(Small Specimen-1,SS-1)，等直段宽1.52mm，长20.32mm，为小尺寸板状样品的获取拉伸性能研究提供了样品设计及试验技术思路；Kohno Y(Kohno Y,Kohyama A,Hamilton M,et al.Specimen size effects on the tensile proper of JPCA and JFMS[J].Journal of nuclear Materials,2000,283-287:10141017.)等在此基础上减小了样品尺寸，提出了SS-J(Small Specimen-Japan)样品，其等直段宽1.2mm，长5mm，测量样品等直段的载荷-位移曲线来获取材料拉伸性能。

现有拉伸小样品测试技术中存在一定问题：1.在测试方法上缺乏弹塑性解析理论，测试内容单一、测试结果稳定性和准确度不高；2.在试验操作上有较多不便，不利于热室内操作；3.样品尺寸不够小，对节约辐照空间存在一定浪费。