[發明專利]一種材料爆炸形變實驗方法

有效

• 申請號: 201710830458.3
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107817177B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 王瑛瑋;張永義
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王壽珍

本發明涉及一種爆炸材料形變實驗方法，這種材料爆炸形變實驗方法涉及對材料表面進行形變處理以改善材料表層應力分布的研究，為了解決已有的利用有限元分析方法分析塑性區的間接性問題，發明人設計了一種材料爆炸形變實驗方法，得到了直觀和形象的塑性區范圍和形態信息。這一方法就是用兩條長方形試樣拼合在一起模仿一塊整體試樣，對以足夠大的力緊緊抵在一起的兩條試樣縫隙進行爆炸形變處理并造成壓痕，隨后撤掉抵緊力分開試樣，這時，在原抵緊面上就能夠觀察到彈起的塑性區。

技術領域

本發明涉及一種材料爆炸形變實驗方法。這種材料形變實驗方法涉及對材料表面進行爆炸形變處理以改變材料表層應力分布的研究。

技術背景

對材料表面進行形變處理的技術早已經被廣泛應用，形成了包括噴丸處理、滾壓處理和錘擊處理等幾類，實踐中取得了良好的效果。

已有的幾種方法其原理都是通過使材料表面順序地發生局部塑形形變，最后使材料表面產生了設計預期的預壓應力層，從而大大提高了零件的靜強度和疲勞強度。

US3661655A介紹了一種對彈性元件進行動態加載后，立即噴丸硬化被冷凍彈簧的至少一個表面，以使其表面產生殘余壓應力。

隨著生產的發展，一方面要求材料的性能越來越高，另一方面又要求材料的成本越來越低，僅僅依靠新材料的研發顯然難以滿足這種相互矛盾的需求，對表面進行形變處理的技術能夠在較少增加材料成本的前提下，顯著提高材料性能，因而能夠較好地解決這一矛盾。

噴丸處理、滾壓處理和錘擊處理等方法各有優勢，又各有局限性，為了加深認識，對材料表面形變的微觀機理的研究，顯然極為迫切，其中就包括對外力作用下材料內部塑性形變區(以下簡稱塑性區)的研究。

一種設想是首先在整體試樣上造成壓痕或沖擊痕，然后在壓痕或沖擊痕的中心附近垂直向下切開試樣，然后，對切開面的塑性區進行觀察研究，但由于垂直向下切開試樣的過程中應力的持續釋放，使得瞬時彈起的塑性區痕跡完全被切開加工抹除，切開后無法觀察到塑性區的痕跡。

目前對實驗采用的方法是：在材料表面預先設定錘擊點，與錘擊點不同距離上粘貼數個應變傳感器，利用錘擊實驗中應變傳感器采集的數據結合有限元分析等手段，分析塑性區的范圍和空間形狀。

這一方法優點是數據提取過程塑性區的應力狀態不受干擾。

缺點是所取得的應變數據為表面數據，而塑性區的變化發生在材料的內部，塑性區的情況只能通過有限元分析的方法間接取得，該方法需要設定一系列的邊界條件，這些邊界條件的設定依據往往并不充分，導致最終分析得到的塑性區并不完全符合真實情況，對實際科研和生產的指導意義有限。

于哲夫等在《沖擊壓痕測量殘余應力的方法》一文中利用有限元分析法分析了塑性區的形貌。

陳軍在《大深度比下金屬結構材料力學性能球壓評價方法》一文中利用球壓法和有限元分析法分析了塑性區的形貌。

發明內容

為了解決已有的利用有限元分析方法分析塑性區的間接性問題，發明人設計了一種材料爆炸形變實驗方法，得到了直觀和形象的塑性區范圍和形態信息。

這一方法就是用兩條長方形試樣拼合在一起模仿一塊整體試樣，實驗時使兩條長方形試樣以足夠大的力緊緊抵在一起，這個抵緊力保證實驗過程中兩條試樣抵合縫隙不會出現張開或錯動的情況，然后，對兩條試樣的抵合縫隙進行爆炸形變處理并造成壓痕，隨后撤掉抵緊力分開試樣，這時，在原抵緊面上就能夠觀察到彈起的塑性區。具體做法如下：

首先把待測材料制成長方形試樣，至少需要把最長的四個平面精磨加工，以達到盡可能高的平面度和光潔度。

其次，把兩個或兩個以上試樣用U型框和壓緊梁夾持并壓緊，這一過程中要確保試樣排成的上、下兩個大平面平整。