专利名称：一种评价圆环或圆管状脆性材料弹性模量和强度的方法
技术领域：
本发明属于材料力学性能检测领域，涉及到一种评价圆环或圆管状脆性材料弹性 模量和强度的的方法。所述脆性材料主要是指断裂过程中极限应变很小的一类材料，如陶 瓷和玻璃材料。
背景技术：
弹性模量是反映材料抵抗外界作用力而引起变形的能力，是材料的基本力学性能 之一。全世界范围内的材料科学家和力学科学家一直以来都在寻找既简单又能准确测量 弹性模量的评价技术。目前常用的测量方法有应力-应变法，弯曲法、位移敏感压痕法、声 共振法和超声波等。应力-应变法通常需要在样品上安装应变片，然后对样品施加一定的 载荷，通过获得的应力-应变曲线计算出材料的弹性模量。弯曲法是通过测量试样在一定 载荷作用下的弯曲挠度和样品尺寸计算材料的弹性模量。位移敏感压痕技术需要特定的设 备，如纳米硬度计等，对样品进行加载卸载实验，通过在加载卸载曲线上卸载起始点的斜率 并结合载荷值就可以计算出材料的弹性模量。声共振法和超声波法都是利用声波或超声波 在材料中传播的阻尼特性而得到弹性模量，实验设备和计算公式都较为复杂。强度是材料 在断裂失效过程中的最大应力，直接影响到结构的安全可靠性。通常测量脆性材料的强度 有三点弯曲和四点弯曲法。利用特定的三点弯曲和四点弯曲夹具对样品施加一个弯曲载荷 直至样品断裂，根据断裂时的临界载荷和样品尺寸计算出材料的强度。这些方法中，均要求 将材料加工成标准试样，即常规的矩形截面条状样品。在我国工程应用中很多构件是圆管形状或圆环，如石油管道、水泥管、石英管、陶 瓷热电偶管、ZrO2陶瓷光纤套管等等，这些圆环或圆管一类的工程构件由于其特殊的结构 特点，尤其是薄壁管材，很难加工成常规的矩形截面条状样品。对于圆管或圆环状脆性材料 且无法加工成标准样品情况下，如壁厚小于3mm的管材或环材，无法满足现有标准对样品 尺寸的要求，因此其弹性模量和强度等材料性能的测试无法采用已有的测量方法。到目前 为止，还没有发现任何合适的标准和测试技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以简捷方便地评价圆环或圆管状脆性材料弹性模量 和强度的检测方法。一种圆管或圆环状脆性材料弹性模量和弯曲强度的测试方法，将圆管或圆环状脆 性材料切割加工成带有一个缺口的环状样品，简称缺口环试样，在测试环境下对试样在与 缺口垂直方向施加压缩载荷直至样品断裂，获得载荷增量和对应的试样在施力方向压缩位 移增量，并记录样品断裂时的临界载荷，依据记录数据及样品尺寸分别计算出材料的弹性 模量和弯曲强度。其中，所述缺口环样品弹性模量计算公式为
权利要求
1.一种圆管或圆环状脆性材料弹性模量和弯曲强度的测试方法，其特征在于将圆管 或圆环状脆性材料切割加工成带有一个缺口的环状样品，简称缺口环试样，在测试环境下 对试样在与缺口垂直方向施加压缩载荷直至样品断裂，获得载荷增量和对应的试样在施力 方向压缩位移增量，并记录样品断裂时的临界载荷，依据记录数据及样品尺寸分别计算出 材料的弹性模量和弯曲强度。
2.如权利要求1所述测试方法，其特征在于所述缺口环样品弹性模量计算公式为
3.如权利要求1所述强度测试方法，其特征在于所述缺口环样品弯曲强度计算公式为
4.如权利要求1或2或3所述测试方法，其特征在于具体包括以下步骤1)安装万能实验机；2)将样品加工成缺口环试样，测量试样的内半径r、外半径R、宽度b；3)将缺口环试样固定在万能实验机的支撑台上，缺口位于样品高度方向的一半；4)在测试环境温度下万能实验机以设定加载速率在与缺口垂直方向对缺口环样品加 载压缩载荷直至样品断裂，记录载荷增量ΔΡ和缺口环试样在施力方向的压缩量Δ δ，以 及样品断裂时所对应的临界载荷P。；5)将各数值带入式(1)和式O)，分别计算得到材料的弹性模量和弯曲强度数值。
5.如权利要求4所述测试方法，其特征在于所述步骤4)中，常温下采用电感量仪或 引伸计等测量工具直接测量得到压缩量Δ δ。
6.如权利要求4或5所述测试方法，其特征在于所述步骤4)中，在高温环境下，采用 高温引伸计，或将无样品标定曲线与有缺口环样品的载荷位移曲线放在同一个坐标系中， 在某一载荷点，对应的无样品标定曲线中的位移为\，有缺口环样品的载荷位移曲线中对 应的位移为S2,扣除误差后的压缩量Δ δ = ( δ「δ 2)，计算出在任意载荷下所对应的位 移压缩量；然后以载荷为纵坐标，以对应的扣除误差后压缩量△ δ为横坐标，可得到校正 后的载荷-位移曲线，从而能确定位移压缩量Δ δ。
7.如权利要求4或5或6所述测试方法，其特征在于所述测试环境温度范围为室 温-3000°C。
8.如权利要求7所述测试方法，其特征在于所述测试环境温度为1000°C -3OOOO的 高温和超高温环境，所述万能实验机中设耐高温或超高温的夹具，所述缺口环试样在该夹 具中被加热并被加载压缩载荷。
全文摘要
本发明提供了一种圆管或圆环状脆性材料弹性模量和断裂强度的试验方法，首先将管材或环材被测样品加工成缺口环试样，缺口位于样品高度的一半处，对缺口环试样施加一个压缩载荷，在线弹性范围内根据获得的载荷增量和对应的压缩位移增量以及样品尺寸计算出材料的弹性模量；对样品施加压缩载荷直至样品断裂，通过临界载荷和样品尺寸计算得出其强度。本发明无须特定的夹具，不受试验环境和条件限制，可用于在低温、高温、超高温、真空以及有毒有害介质等常规试验无法进行的特殊环境下的检测，解决了一些管状和环状部件的弹性模量和强度测试的样品加工难的问题，具有重要的实际应用价值。
文档编号G01N3/08GK102095637SQ201010544550
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者万德田, 刘小根, 刘正权, 包亦望, 李坤明 申请人:中国建筑材料检验认证中心有限公司