复杂应力状态下材料断裂性能试验重复性量化评价方法

1.本发明涉及材料断裂性能试验技术领域，尤其涉及一种复杂应力状态下材料断裂性能试验重复性量化评价方法。


背景技术：

2.结构材料在服役过程中，由于服役环境的多变性，其服役过程伴随着复杂应力状态和应变速率应特性。结构材料在服役过程中的断裂特性，需进行复杂应力状态下断裂性能试验表征。
3.目前，针对复杂应力状态下断裂性能试验，如剪切试验、缺口试验等，在试验重复性方面，缺乏量化评价方法，研究学者多采用肉眼直观判断的方式，评估试验重复性，但该方法存在判断方式过于简单、缺乏量化评价指标、难以反映试验的重复性程度的问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种复杂应力状态下材料断裂性能试验重复性量化评价方法。
5.一种复杂应力状态下材料断裂性能试验重复性量化评价方法，包括：对复杂应力状态下目标结构的断裂性能，进行多次试验，并在多次试验中确定一次试验，作为试验重复性量化评价参考；根据多次断裂性能试验，提取试验结果中的载荷-位移曲线，其中，所述载荷为试验设备直接测试获得的载荷，所述位移为引伸计或虚拟引伸计测试获得的相对位移；对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取位移偏差；对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取最大力偏差；对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取面积偏差，所述面积为载荷-位移曲线与坐标轴围成的面积；基于计算获得的位移偏差、最大力偏差和面积偏差，评价试验重复性。
6.进一步地，所述对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取位移偏差，具体包括：
[0007][0008][0009]
其中，为单根试验位移偏差，hd为平均位移偏差，d
re
为参考试验位移，di为其他试验位移。
[0010]
进一步地，所述对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取最大力偏差，具体包括：
[0011][0012][0013]
其中，为单根试验最大力偏差，hf为平均最大力偏差，f
re
为参考试验最大力，fi为其他试验最大力。
[0014]
进一步地，所述对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取面积偏差，具体包括：
[0015][0016][0017]
其中，为单根试验面积偏差，hs为平均面积偏差，s
re
为参考试验面积，si为其他试验面积。
[0018]
进一步地，所述基于计算获得的位移偏差，最大力偏差和面积偏差，评价试验重复性，具体包括：在所述位移偏差、最大力偏差和面积偏差均大于15％时，试验重复性差；在所述位移偏差、最大力偏差和面积偏差均介于10％～15％时，试验重复性中；在所述位移偏差、最大力偏差和面积偏差均介于5％～10％，试验重复性良好；在所述位移偏差、最大力偏差和面积偏差均小于5％时，试验重复性好。
[0019]
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：通过对复杂应力状态下目标结构的断裂性能进行重复试验，并取其中一次试验作为试验重复性量化评价参考，根据多次复杂应力状态下断裂性能试验，提取试验结果中的载荷-位移曲线；根据同一应力状态下的断裂性能试验，分别计算获取位移偏差、最大力偏差和面积偏差，其中面积为载荷-位移曲线与坐标轴围成的面积，基于计算获取的位移偏差、最大力偏差和面积偏差，评价试验重复性，实现了复杂应力状态下材料断裂性能试验的重复性量化评价，能够明确反映试验的重复性程度，便于判断试验重复性。
附图说明
[0020]
图1为一个实施例中复杂应力状态下材料断裂性能试验重复性量化评价方法的流程示意图；
[0021]
图2为一个实施例中某材料准静态剪切试验载荷-位移曲线；
[0022]
图3为一个实施例中某材料准静态r5缺口试验载荷-位移曲线；
[0023]
图4为一个实施例中某材料准静态r10缺口试验载荷-位移曲线。
具体实施方式
[0024]
为了使本发明更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]
如图1所示，提供了一种复杂应力状态下材料断裂性能试验重复性量化评价方法，包括以下步骤：
[0026]
步骤s101，对复杂应力状态下目标结构的断裂性能试验，进行多次试验，并在多次试验中确定一次试验，作为试验重复性量化评价参考。
[0027]
具体地，对于复杂应力状态下目标结构的断裂性能，通常可以进行3到5次重复性试验，选择重复性试验中的一组试验结果，作为试验重复性量化评价参考，例如，选取断裂位移居中的一组试验结果。
[0028]
步骤s102，根据复杂应力状态下断裂性能试验，提取试验结果中的载荷-位移曲线，其中，载荷为试验设备直接测试获得的载荷，位移为引伸计或虚拟引伸计测试获得的相对位移。
[0029]
具体地，根据各复杂应力状态下断裂性能试验，提取试验结果中的载荷-位移曲线，在载荷-位移曲线中，载荷为试验设备直接测试获得的载荷，位移为引伸计或虚拟引伸计测试获得的相对位移。其中，虚拟引伸计为非接触应变测量系统构建的虚拟引伸计。
[0030]
在进行复杂应力状态下断裂性能试验时，根据目标结构件的复杂应力状态和应变速率分析结果，结合试验测试设备，例如万能拉伸试验机的测试加载条件，设计若干试样，例如，剪切试样、r5缺口试样和r10缺口试样，根对若干试样分别进行断裂性能试验，在进行试验时，试样的一端固定，另一端加载载荷，至试样断裂，在试验过程中采用万能拉伸试验机，结合非接触应变测量系统进行测试，获得目标结构在复杂应力状态下的服役断裂性能。其中，服役断裂性能试验结果包括有断裂位移、断裂最大力和载荷-位移曲线围成的面积。
[0031]
步骤s103，对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取位移偏差。
[0032]
具体地，根据确定的试验重复性量化评价参考对应的试验结果，获取参考试验位移；根据参考试验位移及所有试样对应试验结果的位移，分别计算出对应的单根试验位移偏差；根据参考试验位移及所有试样对应试验结果的位移，计算获取平均位移偏差。具体计算公式如下：
[0033][0034][0035]
其中，为单根试验位移偏差，hd为平均位移偏差，d
re
为参考试验位移，di为其他试验位移。
[0036]
步骤s104，对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获取最大力偏差。
[0037]
具体地，根据试验重复性量化评价参考对应的试验结果，获取参考试验最大力；根据参考试验最大力及所有试样对应试验结果的最大力，计算获取所有试样对应的单根试验
最大力偏差；并根据参考试验最大力及所有试样对应试验结果的最大力，计算获取平均最大力偏差。具体公式如下：
[0038][0039][0040]
其中，为单根试验最大力偏差，hf为平均最大力偏差，f
re
为参考试验最大力，fi为其他试验最大力。
[0041]
步骤s105，对同一应力状态下的断裂性能试验，计算获得面积偏差，面积为载荷位移曲线与坐标轴围成的面积。
[0042]
具体地，根据试验重复性量化评价参考对应的试验结果，获取参考试验面积；根据参考试验面积及所有试样对应试验结果的面积，计算获取所有试样对应的单根试验面积偏差；并根据参考试验面积及所有试样对应试验结果的面积，计算获取平均面积偏差。具体公式如下：
[0043][0044][0045]
其中，为单根试验面积偏差，hs为平均面积偏差，s
re
为参考试验面积，si为其他试验面积。
[0046]
步骤s106，基于计算获得的断裂位移偏差，最大力偏差和面积偏差，评价试验重复性。
[0047]
具体地，根据复杂应力状态断裂性能试验，计算获取的断裂位移偏差、最大力偏差和面积偏差，整体评价试验重复性。在断裂位移偏差、最大力偏差和面积偏差的绝对值均大于15％时，说明该试验的整体偏差较高，试验重复性差；在断裂位移偏差、最大力偏差和面积偏差的绝对值均介于10％～15％，说明该试验的整体偏差一般，试验重复性中；在断裂位移偏差、最大力偏差和面积偏差的绝对值均介于5％～10％时，说明该试验的整体偏差较低，试验重复性良好；在断裂位移偏差、最大力偏差和面积偏差的绝对值均小于5％时，说明该试验整体偏差低，因此试验重复性较好。
[0048]
如表1所示，为某材料断裂性能测试重复性，量化评价结果，采用了剪切试样、r5缺口试样和r10缺口试样，并根据三种试样进行了三次断裂性能试验；根据剪切试样的三次试验，获取对应的断裂位移偏差、最大力偏差和面积偏差，并计算出三者的平均值，从而综合试验1、2、3及平均值的结果，判断试验的重复性，如表1中所有偏差的绝对值均小于5％，表示该材料的断裂性能试验重复性较好，断裂性能试验结果能够较好的表征该材料的断裂性能。
[0049]
表1某材料断裂性能测试重复性量化评价结果
[0050][0051]
在本实施例中，通过对复杂应力状态下目标结构的断裂性能，进行多次试验，并在多次试验中选取一次试验，作为试验重复性量化评价指标，根据多次断裂性能试验，提取试验结果中的载荷-位移曲线，其中，载荷为试验设备直接测试获得的载荷，位移为引伸计或虚拟引伸计测试获得的相对位移，对同一应力状态下的断裂性能试验，分别计算获取为位移偏差、最大力偏差和面积偏差，面积为载荷-位移曲线围成的面积，根据计算获取的位移偏差、最大力偏差和面积偏差，评价试验重复性，实现了复杂应力状态下材料断裂性能试验的重复性量化评价，能够明确反映试验的重复性程度，便于判断试验重复性。
[0052]
其中，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。