[發明專利]一種航空航天用鋁合金低溫斷裂延伸率的精確測量方法

在審

• 申請號: 202011464094.X
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112417740A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 湛利華;楊有良
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C60/00;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明提供航空航天用鋁合金低溫斷裂延伸率的精確測量方法，包括通過從低溫環境下鋁合金試樣拉伸試驗中的設備電腦自動記錄的應力應變曲線而讀取低溫均勻延伸率δ_j數據，和根據公式δ_d＝a₁Tⁿ+a₂δ_j^m+a₃而準確得到鋁合金試樣低溫的斷裂延伸率δ_d，其中a₁、a₂、a₃、n和m均為鋁合金材料參數。本發明解決了高強鋁合金低溫下斷裂延伸率無法通過簡單設備和方法而準確測量的難題。通過有限元仿真建立了低溫下的斷裂延伸率和低溫下的均勻延伸率之間的關系，然后可以通過在鋁合金拉伸設備的應力應變曲線上讀取低溫均勻延伸率，然后根據擬合的公式間接得到鋁合金在低溫下的斷裂延伸率，為低溫鋁合金結構設計、制造和應用提供準確的參考。該方法還可以節省大量測量時間。

技術領域

本發明屬于鋁合金力學性能低溫測試技術領域，尤其涉及一種航空航天用輕質高強鋁合金低溫斷裂延伸率的精確測量方法。

背景技術

高強鋁合金由于具有比強度高、耐腐蝕性強以及焊接性能好等特點，在航空航天領域中廣泛應用。火箭低溫推進劑貯箱結構材料目前主要是2219鋁合金或者2195鋁鋰合金，火箭在飛行過程中承受著軸向力、扭矩、彎矩等各種復雜應力，對材料性能要求極高。研究表明低溫下材料力學性能包括抗拉強度、屈服強度以及延伸率都會大幅提升，因此準確表征材料在低溫下的性能變化規律對貯箱結構安全性、可靠性極其重要。目前，鋁合金力學性能低溫下測量方法主要是根據國標加工試樣在液氮低溫環境下進行拉伸試驗，設備電腦會自動記錄應力應變曲線并得到抗拉強度和屈服強度，但對于延伸率則需要把斷后試樣拿到室溫下用游標卡尺測量標距長度，從而得到延伸率。但上述測量延伸率的方法由于實驗前是在室溫下對試樣刻畫標距區域，試驗拉斷后又是在室溫下測量斷后標距，因此延伸率不是真在意義上低溫條件下的斷裂延伸率，測量結果會存在一定誤差。因此，本領域需要一種測得低溫條件下斷裂延伸率的方法。

專利CN201410596978涉及一種金屬焊接試片低溫力學性能光學測試方法，包括首先制作焊接試片，將焊接試片分為焊接區、熱影響區和母材區；然后將焊接試片置于低溫環境下，在距離焊接試片上方安裝數字相機，數字相機通過數據線連接到數據采集系統；通過步獲得的焊接試片在施加載荷前后的散斑圖像計算應變值；計算各區域和焊接試片整體的工程應力、測試應力、強度極限和伸長率，得到熔焊焊接試片的力學性能參數。該專利的有益效果包括：該方法適用于鋁合金和其他金屬、不同焊接方式焊接結構在低溫環境下力學性能的測試；該方法將焊接試片分為不同區域，同時解決了光學測試方法不能用于低溫環境下力學性能測試的技術問題。但該專利檢測過程中需要使用液氮，而液氮環境下的檢測均會受蒸汽影響，容易發生測試樣結霜和檢測存在折射誤差的問題；且使用數字相機也很難拍攝清楚。此外，該發明專利中使用光學儀器測量，儀器設備和方法都太復雜。

因此本領域仍然需要一種簡單的航空航天用輕質高強鋁合金低溫斷裂延伸率的精確測量方法。

發明內容

本發明首先借助有限元仿真發明了一種通過測量室溫下斷裂延伸率間接得到低溫下斷裂延伸率的方法，使高強鋁合金低溫斷裂延伸率的測量更準確，符合實際情況，從而提高航空航天用低溫貯箱結構的安全性。

本發明首先提供一種航空航天用鋁合金低溫延伸率的精確測量方法，包括通過測量鋁合金試樣的室溫斷裂延伸率δ_s和根據公式δ_d＝a₁Tⁿ+a₂δ_s^m+a₃，而準確得到鋁合金試樣低溫的斷裂延伸率δ_d，其中a₁、a₂、a₃、n和m均為鋁合金的材料參數。