金属材料力学性能检测技术发展的新思路
金属材料力学性能检测技术发展的新思路
科 技 创 新
金属材料 力学性 能检测 技术发展 的新思路
马 辉 王 建 朱 锦 波 矿金属材料检测 中心 ， 天津 ３ ０ ０ ２ ０ １ ）
摘 要： 计 算机 模拟 金 属材 料 力 学 Ｉ ￣ － ￣ ｇ 检测试验， 能 够直观 对金 属材 料 在 整 个试验 过 程 中的应 力 应 变状 态进行 分析 ， 可 以对 未 来 建立金属材料检 测数据库提供视 觉素材； 建立力学检测数据与模拟参数关联的数据库 ， 为模 拟金属材料 改变 自身形状 ， 改变服役 条件后进行力学性能模拟提供数据支持 ； 利 用计算机模拟软件建立金属构件在服役条件下的力学性能分析 ， 为现 实模拟金属构 件 的力 学性 能提 供 更 直接 有 效 的指 导 。 关 键词 ： 金 属 力 学性 能 ； 有 限元 ； 应 力应 变 要以测试 材料实测 的应力应变关 系进行设 置。 在金属 材料 力学性 能检测 的过程 中 ，影 响最 终检测 结果准 确性 的 ２ ． ２模 拟数据库 的建 立 Ｄ Ｅ Ｎ Ｓ （ 密度） 、 Ｅ Ｘ （ 弹胜模量） 和Ｎ Ｕ Ｘ Ｙ （ ￣ ｔ 松比） 是表示材料 自身特 因素有很多， 这其中包括 ： 测试人员素质 、 测试方法、 试样状态、 环境条件 等。当前对金属力学性能检测技术的改进集中体现在对实验设备的改 性的参数 ， 其大小与材料本身的状态 ， 例如元素含量 ， 热处理状态等相 进以及 测试方 法的科学 化和标 准化方 面 ，对 于试 样在试 验过程 中的应 关 ， 与使用环境 ， 受力状态无关。模拟拉伸试验的意义在于通过对实际 力应 变状态 分析 的研究 只能 局 限于样 品在测试 结 束后 的数 据分 析 ， 但 检测结果的耦合 ， 推出不同材料 自身的模拟参数（ Ｄ Ｅ Ｎ Ｓ 、 Ｅ Ｘ和 Ｎ Ｕ Ｘ Ｙ） ， 金属构件大多具有 比较复杂的形状和大小不同的尺寸 ，且其服役条件 此时这些模拟参数与实际材料的固有参数无关，是使模拟结果与实际 往往也 是极端 复杂 的 ， 通过力 学试验测定 的结果 作为判 据 ， 并不 能确切 检 测相耦合 的条 件 ， 并建立相互 关联 的数 据库 ， 流程如 图 ２ 。 的表征 金属材 料在实 际工作条 件下 的强度行 为 ，因而不 能对金 属 的使 用性能做 出确切可靠 的评价 。 利 用有 限元分 析软 件对金 属材料 的力 学性能 试验 进行 模拟 分析 ， 能够 直观对 金属 材料 在整个 试验 过程 中的应 力应 变状 态进 行分 析 ， 不 仅能 有效 的预测金 属材料 的应力应 变 的变化 ，为金属 构件在 服役条件 的失效分析 、 确定金属构件的合理设计、 制造、 安全使用和维护提供参 考， 还能对 改进 金属材 料测 试方 法 ， 提 高测 试精 度提 供一 些新 思路 ， 同 时也 为选材 和质 量控制提 供一些技术依 据 。 有限元是在连续体上进行近似计算的一种数值方法， 它经过了 ４ ０ 多年的发展已经形成了一套相当完善的理论体系 ， 是现今应用最为广 图 ２ 关联数 据库建立 的流程 图 泛的数值计算方法。 可以解决如工程的结构分析、 电磁学和热力学等方 ３金属构件 的应用模拟 面 的问题 。 近年来 我 国对材 料力学 的有 限元分析进 行了大量 的研 究 ， 但 近年 来 ， 在金 属力 学性能 测试 领域 中注 意力 更集 中于 “ 服役 机件 ” 对于金属只进行了一些较为常见的材料在特定力学条件下的有限元分 而不是普通试样 ，模拟机件寿命试验有逐步发展成为一门独立学科的 析， 提 出了一些材料 力学性能 指标和应力应 变 的关 系。 趋势。 如英 国北海油 田开发用金属 材料及加 拿大天然气 管道构件 ， 广泛 ２ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有限元模拟与试验室力学性能检测耦合 采用模拟试验来研究金属材料的在特定条件下的使用性能 ， 航空涡轮 有限 元分 析 就是 将 复杂 的连 续物 理对 象 划分 成一 个 个离 散 的子 发动机的地面模拟试验在世界各国广泛采用日 。但这些金属构件的全尺 域， 利用子域建立的近似的函数进行描述 ； 推导求解处理所有子域误差 寸模 拟试验缺 乏普遍 性且实施 比较 困难 用 昂贵 和技术复杂 ） ， 更 多地 以此来建立整体的分析方程， 再通过｛ 寸 算 机的数值计算处理功能 ， 就可 用于各种 关键 ｌ 生 构件 的模拟测试 中 。 以利用数值 求解方法解 决任意 复杂的 问题 ｍ 。 追踪了解金属材料 的后加工形状和使用状态 ，通过计算机利用 金属材料常规力学性能试验项目主要分为拉伸 、 硬度、 冲击、 工艺 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 建立相关模型， 利用已有数据库中的模拟参数， 对金属构件进行 性能和疲劳试验五方面。现行力学 胜能检测绝大多数是借助几何形状 模拟分析， 流程如图３ 所示， 探求普通力学性能测试方法所得到的金属 非常简单的标准试样装卡在普通的力学试验机上，在简单的应力状态 力学 眭能判据 与金属 制件在 真实服 役条件下 所显示 的强度 行为之 间相 下进行力学检测。利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 有限元模拟力学检测试验， 可以使整个 互关联的各种规律性 。不仅实施简单 ， 节约大量的人力物力 ， 更重要的 试验过程能够直观的表现，并能建立力学检测数据与模拟参数关联的 是可以普遍应用于各种金属构件 ，同时也为现实模拟服役条件下金属 一 库 数 据一 一 数据库 ， 为模拟金 属材料 改变 自身形状 ， 改 变服役 条件后进 行力学 性 能 构件的力学性能提供更直接有效的指导。 模 拟分析 奠定基础 。 ２ ． １模拟拉 伸试验 口 厂 以模拟拉伸试验为例， 国内拉伸试验方法标准为《 Ｇ Ｂ 厂 ｒ ２ ２ ８ ． １ － ２ ０ １ ０ 厂 金属材 料 室温拉伸试 验方法 》 ， 主要测定 的检测项 目为 ： 抗 拉强度 、 屈 服 １耦 合 一 『 — Ｌ Ｌ 一 一模 拟 金 属 构 件 真 实 服 厂 Ｉ ｆ役条 件下的力学性能 强度 、 伸长率 、 断面收缩率以及 １ ３ ． 值、 ｒ 值等。拉伸试样在拉伸的过程中 般 要经历 弹性 、 屈服 、 强化 、 颈缩 四个 阶段 ， 试验数 据是 通过测 量作 用 于试样 的载荷 Ｆ和试样 原始标距 部分 的伸长 Ｌ计算得 出应力 一 应变 图 ， 图 ３ 利 用关联 数 据 库模 拟 真 实服 役条 件 下 力 学性 能 的流 程 图 从而得 出相应 的试 验数据 。 ４结 束语 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 模拟金属拉伸试验主要分为： 建模 、 设置物理参数 、 设置加 利用计算 机模拟金 属材料力 学性 能检测试 验 ，能够 直观对 金属材 载条件和求解等几大部分。 根据拉伸试验的特点， 模型可以简化成不考 料在整个试验过程中的应力应变状态进行分析 ，对未来建立金属材料 虑夹持部分 ， 将一端圆弧末端固定 ，而在另一端圆弧末端施加位移载 检测数据库提供视觉素材。 荷， 这样既可以缩短计算时间 、 减少存储空间 ， 同时也可以满足计算精 通过有限元分析的模拟分析，使具有比较复杂的形状和； ｋ ／ ｌ ， 不同 度的要求， 如图 １ 。因为金属材料大都是各向同性的， 只需要输入 Ｄ Ｅ Ｎ Ｓ 的尺寸金属构件在真实眼役条件下得到表征。不仅能有效的预测金属 （ 密度 ） 、 Ｅ Ｘ （ 弹ｌ 生 模量 ） 和Ｎ Ｕ Ｘ Ｙ （ ？ ￣ Ｉ 松 比） 定义 即可。 加 载条件 的设 置主 材料在实际使用过程中应力应变的变化，为金属构件在服役条件下的 失效 分析 、 确定 金属构 件 的合理 设计 、 制造、 安全使 用和 维护 提供参 考 ， 还能 对改进金 属材料 测试方 法 ， 提高测试 精度提 供一些 新思路 ， 同时也 为现实模拟金属构件的力学 Ｉ 生能提供更直接有效的指导。
材料力学性能测试与检测方法创新及其应用前景探索
材料力学性能测试与检测方法创新及其应用前景探索引言材料力学性能测试与检测方法是材料科学领域的重要研究内容之一，对材料的性能评估和品质控制具有重要意义。
本文将探讨当前材料力学性能测试与检测方法的创新与应用前景，并对相关领域的发展进行展望。
一、材料力学性能测试与检测方法的创新1. 传统测试方法的局限性传统的力学性能测试方法主要依靠试验机等设备进行，其局限性在于测试参数受限、测试过程复杂、时间周期长等问题。
而且，传统测试方法通常需要破坏性试验，无法实时监测材料的性能变化。
2. 创新测试方法的兴起随着科技的进步和材料领域的不断发展，一些新的测试方法不断涌现。
例如，纳米力学测试方法利用纳米仪器对材料进行测试，可以实时监测材料的性能变化，并具有高精度、高灵敏度的特点。
此外，无损检测技术、表面形貌分析等方法也为材料力学性能测试与检测带来了许多创新。
3. 先进技术在材料力学性能测试中的应用随着先进技术的发展，一些新兴的测试方法正日益应用于材料力学性能测试中。
例如，纳米压痕技术能够对材料进行纳米尺度的硬度测试和形变分析，为材料力学性能的研究提供了全新的手段。
另外，电子显微镜、红外光谱等仪器的发展和应用也大大提高了对材料力学性能的检测水平。
二、材料力学性能测试与检测方法的应用前景1. 材料科学的发展需要随着现代材料科学的快速发展，对材料力学性能的研究越来越受到重视。
不同应用领域对材料的性能要求也越来越高，对材料力学性能测试与检测方法的精确度和灵敏度提出了更高的要求。
2. 工业制造领域的需求在工业制造领域，材料的力学性能是评估产品质量的重要指标之一。
准确、快速、简便的材料力学性能测试与检测方法对于工业制造过程中的品质控制具有重要作用。
因此，这个领域对于创新的测试方法有着巨大的需求。
3. 新兴技术的崛起随着新兴技术的不断崛起，材料力学性能测试与检测领域也在不断受益。
例如，人工智能、大数据分析等技术的应用可以提高测试的准确性和效率。
金属材料物理性能现场检测技术现状与展望
金属材料物理性能现场检测技术现状与展望近年来，随着我国工业制造业的不断发展，我国对新型金属材料的研发工作也变得越来越主动，但是金属材料在使用过程中需要不断地进行检测，对金属材料的物理技能进行详尽地检测，只有检测工作变得更严格，才能保证金属材料的合格率，这些质量合格的金属材料才可以被应用于工业生产的加工当中，检测工作中最难进行的就是金属材料的特殊性的检测，金属材料的特殊性检测在普通物理检测工作中是无法进行的，因此在检测后会偶尔会发现一些不合格产品。
所以，我国工业技术人员应重视对金属材料物理性能检测中新检测技术的研发，这样才能对金属材料物理性能现场检测技术有促进作用，才能帮助发展。
金属材料在社会发展中充当着重要的角色，在人类文明中也属于比较重要的物质原材料，在加工之前，可以用物理机来检测出金属制品的质量问题。
而新型的金属材料大多数被用在了建筑工程的基础建设工作中，由于金属材料的特殊性，物理技能检验中很少能将金属材料的物理性质检验出来，因此特殊性检验结果往往不准确。
所以在检验技术进行了创新，直接对测试仪器直接进行测试，测试仪器只要能正常工作，设备便对金属材料的检测工作没有影响。
1金属材料发展现状及物理性能监测分析1.1金属材料的发展现状金属材料帮助我国科技进行发展，作为主要推动人类社会发展的因素之一，金属材料在人类生活中被用到了很多次，金属材料如果作为原材料，就会具有一些原料并没有的特点，这些特点能加速社会的发展，金属材料本身具有超强的弹性，与此同时，它的韧性也十分好，其他原料中能达到它的强度和硬度水平的原料是少之又少。
随着当代对于金属原材料的关注程度的不断加深，金属材料在一些材料中的地位也逐渐明确，主要被用于航天航空和建筑工程等行业。
在整个材料采购市场中，可以明显地看出金属材料的销售量是远远超过其他材料的销售量，它有着较为明显的优势，而在建筑工程产业的未来发展中，金属材料在今后发展中前景也十分明朗，无论是政府部门，还是科研机构，金属材料也都会经常被用到，金属材料未来的发展也会与科研机构相结合，主要投身于教育事业，并进行生产加工工作，有些前沿技术，金属材料会不自主地向其靠近，这便是金属材料的发展现状。
浅析金属材料物理性能检测技术的现状及方向
浅析金属材料物理性能检测技术的现状及方向摘要我国工业在发展过程中对于新型金属材料进行研发并且更加重视，但是金属材料在使用之前需要进行物理性能检测，只有检测合格才能被应用，但是在实际应用过程中会出现各种问题，金属材料的特殊性并不能被检测出来，所以在后续加工过程中会出现不合格产品，引起安全问题。
本文将会结合目前金属材料的应用现状以及物理检测技术的情况分析技术应用发展的状况，并确定此项技术的发展方向，提升我国工业的发展。
关键词金属材料；物理性能；检测技术前言人类文明在不断发展过程中的重要物质材料是金属材料，金属材料在应用过程中使用物理机能可以检测出产品的质量问题。
新型的金属材料在建筑行业中得到广泛应用，但是因为其特殊性并不能在检测中发现问题，所以会影响后续工程的质量，为了防止出现物理性能检测出现的问题，应该根据实际情况采取另一种检测办法，在金属材料检测之前应该检查机器，机器会影响到检测结果。
1 金属材料发展现状及物理性能监测分析金属材料影响社会的进步，在人们的生活当中被应用广泛，金属材料本身是一种高弹性、高强度、高硬度的模量，这种物质特性对于其他同性物質来说根本取代不了，在先进技术的影响下占据更重要的位置。
最常使用金属材料的领域是航空航天以及建筑工程中，这两个领域使用金属材料的用量非常多[1]。
金属材料的市场前景广阔，在未来发展中不管是政府还是科研单位都会对金属材料重新定位，金属材料将会结合先进的技术推动现有的发展规模，将社会效益与企业经济提升，在提升生产效率的同时降低生产成本，同时对废旧金属回收再利用。
物理性能检测分析中，可以利用四种检测方式进行检测。
第一种是拉伸试验，利用高低温以及室内温度作为测试环境，从温度这一因素上开展实验，拉伸试验是比较重要的实验，将金属材料制成的产品放置在温度稳定的环境中进行检测，可以通过结果检测出金属材料的拉伸度。
第二种是利用力弯曲试验，主要检测的是金属材料的疲劳性，在检测过程中使用蛮力对金属材料进行拉扯，直至弯曲，最后对弯曲的金属材料进行物理监测。
金属材料力学性能检测技术发展的新思路
金属材料力学性能检测技术发展的新思路黑龙江省哈尔滨市150066摘要：金属材料具有硬度较强、光泽度高、导电性强、延展性良好等特征，在工业生产中的三大领域得到了广泛应用，其中包括航空航天领域、汽车制造领域和医疗卫生领域。
金属材料是材料领域的重要内容，随着金属材料在各行各业应用越来越广泛，对于金属材料力学性能的检测也受到更多重视。
金属材料力学性能检测，是基于金属材料属性和特点，对力学强度、塑性以及硬度等指标开展检测，最终确定金属材料性能情况，为金属材料应用提供依据。
关键词：金属材料；力学性能检测；技术发展前言：金属材料力学性能检测技术，是金属材料应用发展的重要基础。
基于金属材料检测，能够推动相关领域的进步，为金属材料研究和运用奠定基础，提供科学依据。
金属材料检测中，需要利用合理有效的技术，为数据分析提供支持。
1金属材料的力学性能概述现阶段金属检测人员对于金属材料的基本性能检测，主要从三个方面具体展开，分别是化学成分检测、金相失效分析与力学性能检测。
其中金属材料的力学性能检测在日常工作中的应用较为普遍。
金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（如温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩，弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。
常见的金属材料的力学性能，主要包括以下五个方面。
第一，强度。
在基础项目应用中，金属材料的强度大小直接决定了该材料是否符合工程建设的需求。
在实际检测操作过程中，主要有拉伸、压缩与弯曲等内容。
第二，塑性。
塑性表明材料在外部载荷作用下发生永久性形变之后，其自身不会受到破坏的最大能力。
常用断后延伸率A和断面收缩率Z来衡量。
第三，韧性。
金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
经常采用冲击试验。
第四，硬度。
衡量材料软硬程度的指标。
反映材料局部抵抗塑性变形和变形的能力。
设计人员会根据产品应用选择性价比较高且自身硬度较强的金属材料，从而提高基础项目自身质量。
第五，疲劳。
金属机件或构件在交变应力或应变长期作用下，会出现循环载荷，长时期使金属材料处于疲劳损伤的工作模式下，微小裂纹扩展会造成金属材料永久性失效即产生断裂，将会造成不可挽回的损失。
论金属材料力学性能检测技术的发展
论金属材料力学性能检测技术的发展摘要：金属材料具有非常高的性价比以及使用性能，而且在未来一段时间内它的发展范围越来越广泛，市场前景也越来越广阔。
特别是在现代工业化水平不断提升的背景之下，金属材料的使用量越来越高，要想提高金属材料的使用效果，那么就需根据产品的质量要求，对金属材料的性能进行严格检测，确保不同类型的金属材料都有其用武之地。
使用金属材料测试的方法了解不同金属材料在不同领域的运用特点，仅仅开展传统的力学测试，已经无法获取全面的数据以及信息，此时针对金属材料力学性能的检测技术进行研究，具有很高的必要性。
关键词：金属材料；力学性能；检测技术；方向一、金属材料的力学性能概述任何一种类型的产品，在生产期间需要使用金属作为原材料就需重点分析金属的性能，确保其性能符合产品生产的需求才可以提高产品生产的效率以及质量。
在进行原材料购买时，金属材料的性能是选取的最重要依据，性能的测试可以在不同的状态下进行。
如果能够模拟真实的使用状况，对金属的性能进行预测和分析，则可以确保产品的生产更加科学合理。
而且金属材料的使用性能将会直接决定它的使用范围，具体的使用性能，包括物理性能，化学性能和力学性能。
本次课题在研究时主要针对它的力学性能进行深入探讨。
力学性能包括它在不同的环境下，比如不同的温度下，不同的介质下需要承受的外加载荷，包括拉伸力，压缩力，弯曲力，扭转力，冲击力和交变应力等等。
这些情况下表现出来的力学性能是金属材料的重要指标。
力学性能的指标还包括弹性，刚度，强度硬度和疲劳强度等。
深入了解金属材料的力学性能以及影响力学性能的因素可以通过力学性能试验的方法进行。
二、常规金属材料力学性能检测技术（一）拉伸试验在金属材料力学性能的试验工作当中，拉伸试验是非常重要的一项试验，人们对金属材料的拉伸性能指标关注度也比较高。
技术人员开展金属材料拉伸试验时，使用的设备类型相对较多，常使用万能材料试验机。
需要将金属材料进行拉伸直到材料断裂，并且对其断裂前后的数据和指标进行记录。
金属材料物理性能检测技术的现状及方向
金属材料物理性能检测技术的现状及方向随着科技的不断发展，金属材料的应用越来越广泛，而其物理性能检测技术的发展也受到了重视，金属材料物理性能检测技术在我国的研究已经有一定的发展，本文就该技术的现状和发展方向进行了研究。
一、金属材料物理性能检测技术的现状分析现阶段，金属材料物理性能检测技术在我国的发展趋势大致为三个方面：1、高灵敏度检测技术的发展。
随着科技的进步，金属材料物理性能检测技术的检测精度也不断提高，改善材料的精度，灵敏度和稳定性，特别是对于微细金属材料的检测，可以有效地获得高精度的检测结果。
2、电子编程技术的发展。
现阶段，计算机技术的发展极大地改变了金属材料的物理性能检测技术，使得金属材料的物理性能检测技术可以更加精确地控制，同时，可以极大地减少检测时间，提高效率。
3、新型仪器技术的发展。
现如今，各种新型仪器技术正在不断地改变金属材料物理性能检测技术，例如，近几年出现的X射线结构分析仪、精密重量测量仪、激光表面模式分析仪等，不仅可以对金属材料进行高精度检测，而且可以获得更为准确的检测结果。
二、金属材料物理性能检测技术的发展方向随着金属材料物理性能检测技术的不断发展，未来其发展趋势也将不断改变，将出现以下发展方向：1、网络技术在金属材料物理性能检测中的应用。
随着网络技术的发展，金属材料物理性能检测技术也将进入到网络技术的时代，可以通过网络进行金属材料远程检测，大大减少检测时间，提高检测精度。
2、智能化技术在金属材料物理性能检测中的应用。
智能化技术的发展将大大改变金属材料的物理性能检测技术，使对金属材料的检测更加自动化，智能化，从而降低检测成本，提高效率。
3、高速计算技术在金属材料物理性能检测中的应用。
随着高速计算技术的发展，金属材料物理性能检测技术也将得到极大的改善，可以使金属材料检测中的数据处理更加快速准确，从而提高检测效率。
综上所述，金属材料物理性能检测技术已经有了一定的发展，而未来的发展趋势也将不断的改变，可以期待更多的新技术和新仪器在其中发挥重要作用。
材料力学性能测试技术研究与创新
材料力学性能测试技术研究与创新
材料力学是材料科学的重要分支之一，它关注的是材料的力学性质。
材料力学性质的测试和评估是一个非常关键的环节，它对于材料的研究和应用都具有重要的意义。
在过去的几十年里，随着材料科学的发展和技术的进步，材料力学性能测试技术也在不断地创新和发展。
传统的材料力学性能测试方法主要采用静态试验的方式进行。
这种方法测试比较简单，但是只能获得基本的力学参数，难以准确反映材料的全面性能。
因此，随着科学技术的不断发展，各种新的测试方法不断涌现，使得材料的性能测试越来越精细化和全面化。
其中，动态力学测试技术是目前比较前沿的测试方法之一。
这种方法采用冲击或者振动等载荷方式，对材料进行测试，能够获得材料的动态力学参数，如耐久性、抗疲劳性和冲击性等。
这些参数是静态测试无法获得的，对于材料的研究和应用都具有重要的价值。
除了动态力学测试方法，还有其他许多创新的材料力学性能测试方法。
例如，纳米压痕技术、红外成像技术、电化学性能测试等等。
这些创新的测试方法使得材料性能测试更为全面和精确，有助于推动材料科学的发展。
另外，随着计算机技术和信息技术的不断发展，材料力学性能测试也在不断地向数字化和智能化的方向发展。
通过数字化测试手段，可以将大量的测试数据以数字化的方式存储和管理，便于测试结果的比对和分析。
而智能化测试手段可以使得测试更加自动化，提高测试的效率和准确度。
总之，材料力学性能测试技术的创新和发展是材料科学研究和应用的重要前提。
在未来的发展中，我们应该继续创新，探索更加全面，精确的测试方法，助力材料科学研究的发展。
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金属材料力学性能检测技术发展的新思路
作者：马辉王建朱锦波姚久红
来源：《科技创新与应用》2014年第08期
摘要：计算机模拟金属材料力学性能检测试验，能够直观对金属材料在整个试验过程中的应力应变状态进行分析，可以对未来建立金属材料检测数据库提供视觉素材；建立力学检测数据与模拟参数关联的数据库，为模拟金属材料改变自身形状，改变服役条件后进行力学性能模拟提供数据支持；利用计算机模拟软件建立金属构件在服役条件下的力学性能分析，为现实模拟金属构件的力学性能提供更直接有效的指导。
关键词：金属力学性能；有限元；应力应变
1 引言
在金属材料力学性能检测的过程中，影响最终检测结果准确性的因素有很多，这其中包括：测试人员素质、测试方法、试样状态、环境条件等。
当前对金属力学性能检测技术的改进集中体现在对实验设备的改进以及测试方法的科学化和标准化方面，对于试样在试验过程中的应力应变状态分析的研究只能局限于样品在测试结束后的数据分析，但金属构件大多具有比较复杂的形状和大小不同的尺寸，且其服役条件往往也是极端复杂的，通过力学试验测定的结果作为判据，并不能确切的表征金属材料在实际工作条件下的强度行为，因而不能对金属的使用性能做出确切可靠的评价。
利用有限元分析软件对金属材料的力学性能试验进行模拟分析，能够直观对金属材料在整个试验过程中的应力应变状态进行分析，不仅能有效的预测金属材料的应力应变的变化，为金属构件在服役条件的失效分析、确定金属构件的合理设计、制造、安全使用和维护提供参考，还能对改进金属材料测试方法，提高测试精度提供一些新思路，同时也为选材和质量控制提供一些技术依据。
有限元是在连续体上进行近似计算的一种数值方法，它经过了40多年的发展已经形成了一套相当完善的理论体系，是现今应用最为广泛的数值计算方法。
可以解决如工程的结构分析、电磁学和热力学等方面的问题。
近年来我国对材料力学的有限元分析进行了大量的研究，但对于金属只进行了一些较为常见的材料在特定力学条件下的有限元分析，提出了一些材料力学性能指标和应力应变的关系。
2 ANSYS有限元模拟与试验室力学性能检测耦合
有限元分析就是将复杂的连续物理对象划分成一个个离散的子域，利用子域建立的近似的函数进行描述；推导求解处理所有子域误差以此来建立整体的分析方程，再通过计算机的数值计算处理功能，就可以利用数值求解方法解决任意复杂的问题[1]。
金属材料常规力学性能试验项目主要分为拉伸、硬度、冲击、工艺性能和疲劳试验五方面。
现行力学性能检测绝大多数是借助几何形状非常简单的标准试样装卡在普通的力学试验机上，在简单的应力状态下进行力学检测。
利用ANSYS有限元模拟力学检测试验，可以使整个试验过程能够直观的表现，并能建立力学检测数据与模拟参数关联的数据库，为模拟金属材料改变自身形状，改变服役条件后进行力学性能模拟分析奠定基础。
2.1 模拟拉伸试验
以模拟拉伸试验为例，国内拉伸试验方法标准为《GB/T 228.1-2010 金属材料室温拉伸试验方法》，主要测定的检测项目为：抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率以及n值、r 值等。
拉伸试样在拉伸的过程中一般要经历弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段，试验数据是通过测量作用于试样的载荷F和试样原始标距部分的伸长L计算得出应力-应变图，从而得出相应的试验数据。
ANSYS模拟金属拉伸试验主要分为：建模、设置物理参数、设置加载条件和求解等几大部分。
根据拉伸试验的特点，模型可以简化成不考虑夹持部分，将一端圆弧末端固定，而在另一端圆弧末端施加位移载荷，这样既可以缩短计算时间、减少存储空间，同时也可以满足计算精度的要求，如图1。
因为金属材料大都是各向同性的，只需要输入DENS（密度）、EX（弹性模量）和NUXY（泊松比）定义即可。
加载条件的设置主要以测试材料实测的应力应变关系进行设置。
2.2 模拟数据库的建立
DENS（密度）、EX（弹性模量）和NUXY（泊松比）是表示材料自身特性的参数，其大小与材料本身的状态，例如元素含量，热处理状态等相关，与使用环境，受力状态无关。
模拟拉伸试验的意义在于通过对实际检测结果的耦合，推出不同材料自身的模拟参数（DENS、EX 和NUXY），此时这些模拟参数与实际材料的固有参数无关，是使模拟结果与实际检测相耦合的条件，并建立相互关联的数据库，流程如图2。
图2 关联数据库建立的流程图
3 金属构件的应用模拟
近年来，在金属力学性能测试领域中注意力更集中于“服役机件”而不是普通试样，模拟机件寿命试验有逐步发展成为一门独立学科的趋势。
如英国北海油田开发用金属材料及加拿大天然气管道构件，广泛采用模拟试验来研究金属材料的在特定条件下的使用性能，航空涡轮发动机的地面模拟试验在世界各国广泛采用[2]。
但这些金属构件的全尺寸模拟试验缺乏普遍性且实施比较困难（费用昂贵和技术复杂），更多地用于各种关键性构件的模拟测试中。
追踪了解金属材料的后加工形状和使用状态，通过计算机利用ANSYS建立相关模型，利用已有数据库中的模拟参数，对金属构件进行模拟分析，流程如图3所示，探求普通力学性能
测试方法所得到的金属力学性能判据与金属制件在真实服役条件下所显示的强度行为之间相互关联的各种规律性。
不仅实施简单，节约大量的人力物力，更重要的是可以普遍应用于各种金属构件，同时也为现实模拟服役条件下金属构件的力学性能提供更直接有效的指导。
图3 利用关联数据库模拟真实服役条件下力学性能的流程图
4 结束语
利用计算机模拟金属材料力学性能检测试验，能够直观对金属材料在整个试验过程中的应力应变状态进行分析，对未来建立金属材料检测数据库提供视觉素材。
通过有限元分析的模拟分析，使具有比较复杂的形状和大小不同的尺寸金属构件在真实服役条件下得到表征。
不仅能有效的预测金属材料在实际使用过程中应力应变的变化，为金属构件在服役条件下的失效分析、确定金属构件的合理设计、制造、安全使用和维护提供参考，还能对改进金属材料测试方法，提高测试精度提供一些新思路，同时也为现实模拟金属构件的力学性能提供更直接有效的指导。
参考文献
[1]张朝晖.ANSYS 12.0热分析工程应用实战手册[M].北京：中国铁道出版社，2010.
[2]曹用涛.金属力学性能测试进展[J].北京：理化检验-物理分册， 1994，30（5）：22-25.。