摘要：现阶段，针对金属材料力学性能测试不确定度评定的各种研究报道层出不穷，金属力学的性能的改进，要求被测试的材料必须进行科学和标准的改进，才能得到试验和试样的应力状态的研究成果，并且根据试验中的样品的尺寸和大小等，进行测试的数据分析。但是有一点值得注意，就是金属构件大多是具有复杂的尺寸的。因此通过力学试验进行的测定的结果，能不能作为金属材料的强度性能的表征加以分析，是必须加以准确和可靠的评价的。
关键词：金属材料；力学有限元模拟；应力应变
1金属材料力学性能
一般情况下，金属材料的力学性能主要指的是金属的强度与硬度、延伸率与断面收缩率等。其中在受到外力作用之下金属的抗变形与断裂能力即为金属抗拉强度，而在拉伸金属材料时，材料能够在拉断之前承受的应力最大值为金属材料的抗拉强度，一般使用牛顿/平方毫米表示。而当拉伸金属材料过程中，材料延伸后的伸长长度与其原长度比值则为金属材料的延伸率，通常容易出现拉伸变形的金属材料往往具有较大的延伸率，如果金属材料比较容易因拉伸而出现变形，则其一般延伸率比较大。而断面收缩率则指的是金属材料受到强大拉伸力影响而出现断裂后，断裂面缩小面积与其原横截面积的比值就是断面收缩率。
2金属材料力学性能检测技术
利用有限元的分析软件，对连续体中的近似计算数值加以分析，能够得到相当完善的理论体系，其中包含的数值的计算方法解决了工程了很多问题，包括电磁学、力学等。我国的材料力学的有限元的分析方法，经过多年的研究，已经可以对一些普通材料进行力学条件下的有限元的分析，并且给出关于材料力学应力应变和性能指标的关系。
ANSYS的有限元的性能检验以及试验中得到了模拟检测的耦合
经过对复杂的物理对象的离散和划分，通过对近似的函数的有限元的分析，能够将整体的方程加以求解、处理，对误差等进行分析，得到近似值的描述结果。通过计算机的数值计算，能够利用数值进行任意复杂的问题多的处理。金属材料的力学试验的目标在与对金属材料的拉伸、冲击、工艺进行各种试验，通过几何形式的力学测验，将力学的性能检测以标准的式样进行模拟，放在普通的力学检测试验上，进行应力状态下的力学检测。模拟的力学检测和试验，能够使整个试验过程出现直观的效果。数据库中的力学试验数据能够与模拟的参数相关联，得到了金属材料的自身形状的模拟结果，将服役条件后的力学性能的基础部分加以模拟分析和奠定。
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2.1对拉伸试验的模拟，采用试验的方法，对拉伸进行模拟，试验的标准依照国内的GB/T228.1进行测定，检测的项目包括拉伸、伸长率、断面的n值以及拉伸的实验房，屈服的r值等。拉伸的拖长要经历从弹性到颈缩几个阶段，通过测量将试验中的荷载以及原始标据等进行固定，应尽量使过渡圆衔接处面积相等,提高加工精度,修磨光滑,不要有加工刀痕,减小应力集中,以减少试验结果误差。使得金属材料的弹性模量、泊松比等产生各向通行的定义，测试材料应变关系要以模拟数据库的建立的实测的应力进行设置。
2.2金属材料与其他材料不同，材料自身特性的参数，如DENS密度、EX和NUXY）的数值也不同，模拟参数（DENS、EX和NUXY）是表示材料本身的状态和大小的，模拟拉伸试验的意义在于通过对实际检测结果的耦合，与实际材料的固有参数无关，与大小受力状态无关。与使用环境和实际检测相耦合的条件无关，例如元素含量等模拟结果和热处理状态等相关，相互关联的数据库金属力学性能测试领域中推出的模拟参数使得注意力更集中于“服役机件”。
2.3金属材料力学性能的检测大都采用检测仪器进行，金属材料力学试验机条件苛刻，检测时间长，原有结构和原有运动状态的前提下，采用物理方法和手段快速测量出金属材料的尺寸规格，这种方法的缺点是稳定性和重现性不足，但是优点在于能偶对金属试样的规定尺寸进行测量，并且计算出其在试验中得到的尺寸、规格以及表面的最大荷载，得到在线快速检测汇总无法测量出来的表面形状的承受荷载数值，因此这种检测手段不适合使用在非破坏和在线快速检测中，而是可以在不破坏金属材料本身形状的前提下，计算出表面形状和基本力学性能。
2.4金属材料力学性能无损检测的主要方法有机械应力法、振动检测法、应力波检测法和超声波检测法。
机械应力法：将金属材料的试样放在相应的荷载中，由计算机得到式样的静曲的模量以及弹性的强度，然后根据得到的数值进行测试样的应力分级。
振动检测法：通过传感器振动频率，对金属试件加力，测得试件的自由和自由振动的减幅率及试件质量，产生的横向振动经计算机计算后，得出试材的弹性模量，在数据处理后可以得到金属材料的振动模量与弹性特性的数值以及他们之间的相关关系。
应力检测法：通过被测材料的速度，建立被测材料密度以及弹性模量的物理关系，被测金属在使用耦合剂的前提下，形状和尺寸不金属材料物体的限制，在受撞击之后可产生冲击应力波，且应力波能在物体内部传播。传感器和被测金属材料之间基于应力波进行检测，不需要使用耦合剂。冲击应力波检测法使用到的试验用具还具有携带方便的优点。
超声波检测法：在测出超声波速度后，利用超声波计算出金属材料的弹性模量，根据超声波传播时间的差异，在金属材料传播与介质的密度间发生衰减的现象，得到超声弹性模量，亦可测定被测金属材料的缺陷。
3结束语
总之，通过有限元分析的模拟分析，金属材料在实际使用的复杂的形状和大小，利用计算机模拟将应力应变状态进行分析，金属材料力学性能试验的检测，能够直观对金属构件在真实服役条件下的性能等表征加以展现，使得金属材、合理设计、制造、安全使用和维护提供有效的预测应力应变参考，为未来改进金属材料测试方法，提高测试精度提供新思路，为金属材料检测数据库的建立提供更多的视觉素材，同时也为现实金属构件的模拟力学性能，提供更直接有效的指导。
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论文作者:吴勇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/24
标签：金属材料论文; 应力论文; 力学论文; 力学性能论文; 材料论文; 弹性模量论文; 数值论文; 《防护工程》2017年第32期论文;