當前力學性能測試技術發展概況

賀向清

摘 要 材料科學技術的不斷發展，對各種材料的力學性能測試技術提出了更高的要求，力學性能測試成為相關行業工作人員研究的重要課題。技術更新是隨著社會前進的步伐不斷推進，過去的技術不一定適用于當下行業發展的需要。所以，要想讓材料科學擁有源源不斷的生命力，就必須用先進的技術來充實和鞏固，努力探尋一些有創造力、實操性的材料力學性能研究方法。本文主要闡述材料力學測試技術的發展，包括靜態力學性能測試技術、動態力學測試技術、斷裂力學測試技術以及環境模擬技術等，其深刻地影響著力學性能測試技術的發展進程。通過集中測試技術的比照，并以此分析當前力學性能測試技術的主要特征。

關鍵詞 力學性能；技術；發展狀況

中圖分類號 TB93 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0011-01

技術的發展給國民經濟的提升做出了重要貢獻。近幾十年來，隨著互聯網技術、近代物理科學、自動化技術的迅速發展，在為材料提供了先進測試技術的同時也在不斷促使測試方法更新換代，因為不同時期對材料性能的要求有所改變。目前，我國的材料力學測試還存在一些問題，比如測量的誤差較大，這其中的主要原因是沒有建立起一個專業、規范的機械可靠性設計準則，對行業的發展造成了較大的阻礙。一直以來，材料力學性能測試在材料科學中的地位都相當突出，國內外的學者也對材料力學測試有了足夠的重視，紛紛致力于開發技術，用以研究不同材料的力學性能。

1 材料力學性能測試技術發展

1.1 靜態力學性能測試

靜態力學測試技術起源于17世紀初期，由于當時的技術限制，對材料的認知還僅僅停留在靜強度的層面，這也就意味著，對材料的評價只有唯一的指標。但是這也不妨礙靜態力學測試技術的重要地位，截至目前，材料的靜態力學性能仍然是研究材料的重要指標，是眾多技術人員工作必不可少的關注點，它一直作為評價材料性能的基本參數存在著。例如在研究超細晶粒低合金高強度鋼時，第一步就是測試出其靜強度性能，進而采用最佳設計的工藝加工。圖1所示的是世界上最早的拉伸試驗機，它是一名荷蘭的物理學家的杰作，雖然看起來結構簡單，甚至有些簡陋，但是對當時社會而言，已經是一項重大突破。而且這臺拉伸試驗機為之后的材料力學性能測試技術奠定了基礎，它的出現，標志著材料評價體系由此誕生。隨著科技的發展，先進的電子拉力試驗機和電液伺服的材料試驗機成為現在國內外廣泛使用的靜態力學性能測試儀器。

1.2 動態力學性能測試技術

大多數的工程材料由于長時間承受重復的載荷作用，不免受到破壞，這就是我們所聽到的疲勞現象。如圖2所示，這種現象在長時間在路途險峻山路上的汽車、反復飛行著陸并且時常遭受各種天氣襲擊的飛機上都會發生，在承受了彎曲之后很可能會發生斷裂。所以，疲勞現象對航空、橋梁、交通運輸、化工行業都存在著極大的威脅，也引起了材料技術人員的高度重視。為了迎合人們對材料性能的需要，現在已經制造并投入使用的電液伺服疲勞試驗系統，其也為材料的低循環疲勞提供了實驗研究基礎。

1.3 斷裂力學測試技術

在工程活動中，難免會出現材料有裂紋的現象，其中的原因紛繁復雜，當然，不可否認的是，這對材料結構的承載能力造成了極大的破壞。近幾十年來，材料的斷裂現象在工業、軍事以及交通等重要行業及部門都有發生，技術人員也在這方面進行了大量的實驗，取得了顯著的成果，也促使著斷裂力學測試技術的創新和變革。技術人員的實驗結果表明，有裂紋材料的強度與其裂紋形狀、尺寸有關，裂紋的形狀影響其應力強度。當前，空間三維裂紋力學測試技術的發展成為建立更加標準試驗方法的重要依據。

1.4 環境模擬技術

有些材料零部件由于參與特定的工程活動，需要在非常極端的環境中工作。特別是我國冬天南北方的溫度差異極大，對于列車的要求就是車轂和車輪要承受不同的溫度；常年在海上航行的游輪表層不僅要經歷海浪的沖擊，還要面臨海水的腐蝕，這都會造成零部件失效，所以也要求將工作環境納入材力學性能的測試與評價當中。目前，環境試驗技術發展也比較完善，例如高溫斷裂力學測試（圖3）、腐蝕環境疲勞與斷裂試驗等高難度的環境試驗也在國內外有條不紊地展開，環境模擬技術的發展，為工程材料部件的各方面性能提供了更加可靠的數據。

2 力學性能測試技術發展新特征

當前，力學性能測試技術呈現出非線性的加速趨勢，材料測試技術日新月異，總的來看，模塊化、特種化、微型化、智能化時期發展的主要特征。模塊化主要體現為控制系統采用的是通用接口、可更換的附件等；特種化主要體現為現在力學測試機械都采用大缸、多缸以及臥式試驗機；微型化就是研究一些精密型非常強的材料，例如人的皮膚、顯微力學等；智能化體現為自動控制、記錄處理數據等。

3 結論

雖然計算機的廣泛應用有能力建立起相關的材料性能數據庫，快速精準地提供信息，但是，這并不能削弱試驗的重要性?？梢钥隙ǖ氖?，材料性能測試技術在現在、將來的材料學科中都會占據重要的位置。

參考文獻

[1]陳文哲.材料力學性能測試技術的進展與趨勢[J].理化檢驗，2010（2）：102-109.

[2]張段芹，劉建秀，褚金奎.低維納米材料的力學性能測試技術研究進展[J].微納電子技術，2014（7）：451-457.