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实验室破坏式材料测试分类及局限性

常规破坏式材料测试通常需要先考虑如下问题:

  ? 存在什么类型的载荷?
  ? 什么是尺寸标注?
  ? 破坏性测试的主要目的是什么?
  ? 在哪些情况下优先进行无损检测?

材料和组件的负载与测试

  诸如钢之类的材料通常需要承受各种各样的载荷。负载的不同类型可以分类如下:

  ? 张力
  ? 压缩
  ? 剪力
  ? 扭力
  ? 弯曲
  ? 屈曲
图:负载类型
  负载强度可以在时间上恒定或持续变化。恒定的应力强度也称为静载荷。另一方面,如果应力水平在其强度和/或方向上发生变化,则表示动载荷。特定类型的负载始终具有一定的时间过程。通常,几种类型的载荷会组合出现。例如,传动轴在单侧驱动下就是这种情况,该轴同时受到扭转,弯曲和剪切。根据轴是恒转矩驱动还是转矩持续变化,它是静态负载还是动态负载。因此,组件有无数种可能的施加应力方式。
  在确定组件的尺寸时,工程师需要能够参考特定的值,这些值表征了所使用材料相对于其时程的不同应力上限。应力上限可以基于不可接受的变形或断裂。因此,开发了各种材料测试方法来根据负载类型及其时程确定相应的失效上限。原则上,材料测试方法可以分为两类:
  ? 破坏性测试
  ? 非破坏性测试。
  通过破坏性测试,会损坏材料,并且通常无法再使用该组件。通常,专门准备和标准化的试样用于此类测试。破坏性的测试过程提供了重要的材料参数,以便根据所施加的载荷确定合适的材料,以及确定组件的几何形状。组件尺寸的确定也称为尺寸标注!
  破坏性测试用于确定特定的材料常数或组件常数!

破坏式材料测试的分类

  以下测试方法被认为是破坏性测试:

  ? 拉伸试验   ? 压缩测试   ? 弯曲试验
  ? 夏比冲击试验   ? 疲劳测试   ? 硬度测试
  ? 蠕变断裂试验   ? 应力松弛测试   ? 屈曲测试
  由于不同荷载之间的复杂性以及相互作用,因此并非所有情况都可以记录在材料属性中。当由于组件失效而使生命受到威胁时,这始终是一个问题。因此,须定期检查与安全相关的组件,就像飞机发动机的涡轮叶片一样。从而随后声明一切正常,在此时进行破坏性材料测试在经济上并不可行。

  破坏性检验是指只有将受检验样品破坏后才能进行检验,或者在检验过程中受检验样品被破坏或消耗的检验。进行破坏性检验后被检验样品完全丧失了原有的使用价值。如金属材料的拉伸试验,电子设备的加速老化试验均属破坏性试验。破坏性检验只能采用抽检形式,其主要矛盾是如何实现可靠性和经济性的统一,也就是要寻求既保证一定的可靠性又使检验数量较少的抽检方案。
  这就是为什么要开发无损检测(NDT)的原因。这意味着只要一切正常,该组件仍可以使用。以这种方式,例如,通过超声测试或涡流测试无损地检查所述涡轮机叶片的裂纹。无损检测还包括目视检查组件是否受到外部损坏。

组件的材料和荷载分布示意图

与破坏性检测相比,无损检测具有以下优点:

  ? 非破坏性——因为在做检测时不会损害被检测对象的使用性能;
  ? 全面性——由于检测是非破坏性,因此必要时可对被检测对象进行100%的全面检测,这是破坏性检测办不到的;
  ? 全程性——破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测,如机械工程中普遍采用的拉伸、压缩、弯曲等,破坏性检验都是针对制造用原材料进行的,对于产成品和在用品,除非不准备让其继续服役,否则是不能进行破坏性检测的,而无损检测因不损坏被检测对象的使用性能。所以,它不仅可对制造用原材料,各中间工艺环节、直至终产成品进行全程检测,也可对服役中的设备进行检测。
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