许东光
河北省盐山县电力管件有限公司 河北盐山 061300
摘要：近年来，经济快速发展，社会不断进步，随着金属材料使用范围的不断提升，其使用性能成为金属生产企业的研究重点。在以往的研究中由于数据分析能力较差，导致分析结果精度较低的问题，影响金属材料的生产与发展。针对此问题，设计金属材料力学性能与失效性分析方法。通过分析设备选定、试件制备、分析方案设定以及数据分析方式设定四部分，完成金属材料力学性能与失效性分析方法设计。同时，构建实验环节，对其展开应用测试。根据实验结果可知，此分析方法的使用效果明显优于传统方法，在日后的研究中可使用此方法作为金属材料的主要研究技术。
关键词：金属材料；力学性能；失效性
引言
金属材料通过检测能够得到关于力学性能的检测结果。其中包含了测试方法，测试的环境，测试人员的条件等等内容。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。
1金属材料的使用性能
在对材料进行选择的过程中，金属材料性能在其中起到了非常重要的参考作用，性能检测就是在真实环境下，然后对相关产品进行有效的模仿，从而可以了解到该项产品性能是否满足实际的使用需求，并且通过这种方式还可以收集到很多真实的数据信息，这样就能为产品的合格性进行准确的判定。金属材料的使用性能是一项非常重要的参考数据，这项标准直接决定了材料的使用范围。结合实际情况可以了解到，金属材料的使用性能主要包括了三个方面的主要内容，分别是化学性能、物理性能以及力学性能等。金属材料的力学性能指的是材料在不同温度下承受各种拉力所体现出的力学性能。
2金属材料力学性能与失效性分析研究
2.1金属多孔材料的力学性能分析
金属多孔材料在压缩应力方面有着几个重要的阶段，首先在应变力较低的过程中，线性弹性区及应力会急剧的加大，金属多孔材料处在压缩时能量吸收能力会取决于压缩应力及应变曲线下的平台屈服区面积。在金属多孔材料当中的金属纤维多孔材料要能够比泡沫铝的能量吸附性要强。而金属蜂窝多孔材料会在不同的速度加载过程中发生不同变形模式，然后就随着加载速度的增大其在变形模式上会从X型经过V型向着I型进行过渡。在这一过程中的X型模式的形成是冲击试件自身及反射应力波共同作用的一个结果。如果是速度继续增大的时候，折叠区就会渐进前行，其结构的变形不会很大，横截面上所发生的变形也是均匀的存在的。
2.2分析设备选定
金属材料在常温荷载作用下的宏观力学性能被称为材料力学性能。传统的材料力学分析方法中常采用拉伸、压缩、扭转、弯曲、剪切等方式完成分析过程，分析结果并没有得到预想的高度。随着科技的不断进步，材料力学性能测试手段也在不断地优化，金属性能分析方法中使用的设备也在不断的增加。在此研究中，为充分的提升分析结果可信度，对分析过程中可能会使用到的设备进行设定，具体设备技术型号如下所示。根据上述设定的分析设备选型结果完成分析设备的选择过程。其中拉伸试验机的选择至关重要，此设备除了需要对金属材料进行性能测试，还需要显示试验力、位移等多种用途，同时具有限位、过载自动保护等功能。在此设备的选择过程中，将根据试件设计的大小，形状选择夹持装置，以此保证分析器具在使用过程中的有效性，在此次研究中选用的电子万能试验机可选择不同的加载速度。根据分析实验的具体要求，设定拉伸试验的加载速度。
2.3试样的厚度或直径
弯曲试样的厚度或者直径的确定，首先应查阅相关的产品规范，如有规定则应按其规定来确定，若无规定时，则应按下列要求进行机械加工：板状材料、带状材料还有型材，试样厚度等于产品原始厚度；产品厚度t超过25mm的，应进行机械加工，使其减薄至试样厚度t0等于25mm±1mm，注意一定要保留一侧试样的原始表面；产品直径不大于30mm的材料，试样的横截面不变，为原始的产品横截面；产品直径超过30mm的材料，应进行机械加工，加工成横截面为圆形的试样，其内切圆直径等于25mm±1mm。
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
①机械应力的方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。②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。③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。④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。
2.5分析方案设定
根据此次研究的目的，将分析方案设定为两部分。首先将分析试件安装到多载荷多物理场材料微观力学性能原位测试仪中，并根据预设的角度进行扭动，进行定位拉伸实验，在实验的过程中采用均匀稳定的扭转方向以及拉伸速度。在此部分实验的过程中，注意试件的荷载与位移，同时在计算的过程中注意单位的换算，并将其绘制成不同曲线的形式，降低分析难度。除上述拉伸试验外，在此次分析过程中将增加高温拉伸实验，使用加温炉实验环境设定为15摄氏度到45摄氏度之间，实验中的拉伸速度设定为0.30mm/s。实验温度设定为15摄氏度，30摄氏度以及45摄氏度三组实验温度点。在保证实验温度稳定的情况下，提升加载拉伸力。在实验的过程中，使用冷却循环系统，降低实验温度对于性能分析设备影响。使用计算机记录实验中产生的数据与曲线，将仪器的拉力与试件位移的值作为主要的记录对象，绘制出相应的应变曲线，比较不同实验条件下金属材料的屈服强度、抗拉强度变化。在实验前需要将试件安装到电子万能试验机夹持装置，并剔除由于温度变化产生的热膨胀系数。
3金属材料力学性能检测技术未来发展方向
随着我国社会经济以及各项技术水平的不断提高，金属材料试验设备也在进行不断的优化和完善，要想满足未来社会经济发展的相关需求，金属材料力学性能检测技术在未来需要对以下几个发展方向引起重视。①不断提高测试结果的准确度，目前，随着我国科学技术的不断发展，人们对于终极产品的要求开始逐渐提高，导致之前的测试方式已经不能再满足实际的发展需求，这就需要对目前测试中的精明度以及精确度进行不断的提升。②新型测试仪器以及测试方法的研究，目前，随着我国材料科学工程的快速发展，一些新型材料应运而生，并在实际的生产过程中得到了非常广泛的使用。但是传统的测试设备与方法已经达不到新材料的测试标准水平，结合目前材料科学的发展状况，需要在目前材料基础上进行不断的创新和优化，只有研究出新型的测试仪器与方法才能满足多样化需求。
结语
为有效控制金属材质在日常生活中的使用效果，在此次研究中设计金属材料力学性能与失效性分析方法，对其进行研究。通过实验对比分析可知，此次研究中设计的方法更加适用于大型的金属生产企业，降低金属处理的难度。在此次设计中还存在些许的不足，在日后的使用中可通过分析方法优化的方式，提升方法的使用效果，保证金属分析结果的可靠性，避免不必要的经济损失。
参考文献
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