當(dāng)前力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)發(fā)展概況

賀向清

摘 要 材料科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)各種材料的力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)提出了更高的要求，力學(xué)性能測(cè)試成為相關(guān)行業(yè)工作人員研究的重要課題。技術(shù)更新是隨著社會(huì)前進(jìn)的步伐不斷推進(jìn)，過(guò)去的技術(shù)不一定適用于當(dāng)下行業(yè)發(fā)展的需要。所以，要想讓材料科學(xué)擁有源源不斷的生命力，就必須用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)充實(shí)和鞏固，努力探尋一些有創(chuàng)造力、實(shí)操性的材料力學(xué)性能研究方法。本文主要闡述材料力學(xué)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，包括靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)、動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試技術(shù)、斷裂力學(xué)測(cè)試技術(shù)以及環(huán)境模擬技術(shù)等，其深刻地影響著力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。通過(guò)集中測(cè)試技術(shù)的比照，并以此分析當(dāng)前力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)的主要特征。

關(guān)鍵詞 力學(xué)性能；技術(shù)；發(fā)展?fàn)顩r

中圖分類號(hào) TB93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）11-0011-01

技術(shù)的發(fā)展給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的提升做出了重要貢獻(xiàn)。近幾十年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、近代物理科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，在為材料提供了先進(jìn)測(cè)試技術(shù)的同時(shí)也在不斷促使測(cè)試方法更新?lián)Q代，因?yàn)椴煌瑫r(shí)期對(duì)材料性能的要求有所改變。目前，我國(guó)的材料力學(xué)測(cè)試還存在一些問(wèn)題，比如測(cè)量的誤差較大，這其中的主要原因是沒(méi)有建立起一個(gè)專業(yè)、規(guī)范的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)行業(yè)的發(fā)展造成了較大的阻礙。一直以來(lái)，材料力學(xué)性能測(cè)試在材料科學(xué)中的地位都相當(dāng)突出，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者也對(duì)材料力學(xué)測(cè)試有了足夠的重視，紛紛致力于開發(fā)技術(shù)，用以研究不同材料的力學(xué)性能。

1 材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)發(fā)展

1.1 靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試

靜態(tài)力學(xué)測(cè)試技術(shù)起源于17世紀(jì)初期，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，對(duì)材料的認(rèn)知還僅僅停留在靜強(qiáng)度的層面，這也就意味著，對(duì)材料的評(píng)價(jià)只有唯一的指標(biāo)。但是這也不妨礙靜態(tài)力學(xué)測(cè)試技術(shù)的重要地位，截至目前，材料的靜態(tài)力學(xué)性能仍然是研究材料的重要指標(biāo)，是眾多技術(shù)人員工作必不可少的關(guān)注點(diǎn)，它一直作為評(píng)價(jià)材料性能的基本參數(shù)存在著。例如在研究超細(xì)晶粒低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)，第一步就是測(cè)試出其靜強(qiáng)度性能，進(jìn)而采用最佳設(shè)計(jì)的工藝加工。圖1所示的是世界上最早的拉伸試驗(yàn)機(jī)，它是一名荷蘭的物理學(xué)家的杰作，雖然看起來(lái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，甚至有些簡(jiǎn)陋，但是對(duì)當(dāng)時(shí)社會(huì)而言，已經(jīng)是一項(xiàng)重大突破。而且這臺(tái)拉伸試驗(yàn)機(jī)為之后的材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)，標(biāo)志著材料評(píng)價(jià)體系由此誕生。隨著科技的發(fā)展，先進(jìn)的電子拉力試驗(yàn)機(jī)和電液伺服的材料試驗(yàn)機(jī)成為現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外廣泛使用的靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試儀器。

1.2 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)

大多數(shù)的工程材料由于長(zhǎng)時(shí)間承受重復(fù)的載荷作用，不免受到破壞，這就是我們所聽到的疲勞現(xiàn)象。如圖2所示，這種現(xiàn)象在長(zhǎng)時(shí)間在路途險(xiǎn)峻山路上的汽車、反復(fù)飛行著陸并且時(shí)常遭受各種天氣襲擊的飛機(jī)上都會(huì)發(fā)生，在承受了彎曲之后很可能會(huì)發(fā)生斷裂。所以，疲勞現(xiàn)象對(duì)航空、橋梁、交通運(yùn)輸、化工行業(yè)都存在著極大的威脅，也引起了材料技術(shù)人員的高度重視。為了迎合人們對(duì)材料性能的需要，現(xiàn)在已經(jīng)制造并投入使用的電液伺服疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，其也為材料的低循環(huán)疲勞提供了實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)。

1.3 斷裂力學(xué)測(cè)試技術(shù)

在工程活動(dòng)中，難免會(huì)出現(xiàn)材料有裂紋的現(xiàn)象，其中的原因紛繁復(fù)雜，當(dāng)然，不可否認(rèn)的是，這對(duì)材料結(jié)構(gòu)的承載能力造成了極大的破壞。近幾十年來(lái)，材料的斷裂現(xiàn)象在工業(yè)、軍事以及交通等重要行業(yè)及部門都有發(fā)生，技術(shù)人員也在這方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，取得了顯著的成果，也促使著斷裂力學(xué)測(cè)試技術(shù)的創(chuàng)新和變革。技術(shù)人員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有裂紋材料的強(qiáng)度與其裂紋形狀、尺寸有關(guān)，裂紋的形狀影響其應(yīng)力強(qiáng)度。當(dāng)前，空間三維裂紋力學(xué)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展成為建立更加標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的重要依據(jù)。

1.4 環(huán)境模擬技術(shù)

有些材料零部件由于參與特定的工程活動(dòng)，需要在非常極端的環(huán)境中工作。特別是我國(guó)冬天南北方的溫度差異極大，對(duì)于列車的要求就是車轂和車輪要承受不同的溫度；常年在海上航行的游輪表層不僅要經(jīng)歷海浪的沖擊，還要面臨海水的腐蝕，這都會(huì)造成零部件失效，所以也要求將工作環(huán)境納入材力學(xué)性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)當(dāng)中。目前，環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展也比較完善，例如高溫?cái)嗔蚜W(xué)測(cè)試（圖3）、腐蝕環(huán)境疲勞與斷裂試驗(yàn)等高難度的環(huán)境試驗(yàn)也在國(guó)內(nèi)外有條不紊地展開，環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展，為工程材料部件的各方面性能提供了更加可靠的數(shù)據(jù)。

2 力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)發(fā)展新特征

當(dāng)前，力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)呈現(xiàn)出非線性的加速趨勢(shì)，材料測(cè)試技術(shù)日新月異，總的來(lái)看，模塊化、特種化、微型化、智能化時(shí)期發(fā)展的主要特征。模塊化主要體現(xiàn)為控制系統(tǒng)采用的是通用接口、可更換的附件等；特種化主要體現(xiàn)為現(xiàn)在力學(xué)測(cè)試機(jī)械都采用大缸、多缸以及臥式試驗(yàn)機(jī)；微型化就是研究一些精密型非常強(qiáng)的材料，例如人的皮膚、顯微力學(xué)等；智能化體現(xiàn)為自動(dòng)控制、記錄處理數(shù)據(jù)等。

3 結(jié)論

雖然計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用有能力建立起相關(guān)的材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，快速精準(zhǔn)地提供信息，但是，這并不能削弱試驗(yàn)的重要性。可以肯定的是，材料性能測(cè)試技術(shù)在現(xiàn)在、將來(lái)的材料學(xué)科中都會(huì)占據(jù)重要的位置。

參考文獻(xiàn)

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