当前力学性能测试技术发展概况

贺向清

摘 要 材料科学技术的不断发展，对各种材料的力学性能测试技术提出了更高的要求，力学性能测试成为相关行业工作人员研究的重要课题。技术更新是随着社会前进的步伐不断推进，过去的技术不一定适用于当下行业发展的需要。所以，要想让材料科学拥有源源不断的生命力，就必须用先进的技术来充实和巩固，努力探寻一些有创造力、实操性的材料力学性能研究方法。本文主要阐述材料力学测试技术的发展，包括静态力学性能测试技术、动态力学测试技术、断裂力学测试技术以及环境模拟技术等，其深刻地影响着力学性能测试技术的发展进程。通过集中测试技术的比照，并以此分析当前力学性能测试技术的主要特征。

关键词 力学性能；技术；发展状况

中图分类号 TB93 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0011-01

技术的发展给国民经济的提升做出了重要贡献。近几十年来，随着互联网技术、近代物理科学、自动化技术的迅速发展，在为材料提供了先进测试技术的同时也在不断促使测试方法更新换代，因为不同时期对材料性能的要求有所改变。目前，我国的材料力学测试还存在一些问题，比如测量的误差较大，这其中的主要原因是没有建立起一个专业、规范的机械可靠性设计准则，对行业的发展造成了较大的阻碍。一直以来，材料力学性能测试在材料科学中的地位都相当突出，国内外的学者也对材料力学测试有了足够的重视，纷纷致力于开发技术，用以研究不同材料的力学性能。

1 材料力学性能测试技术发展

1.1 静态力学性能测试

静态力学测试技术起源于17世纪初期，由于当时的技术限制，对材料的认知还仅仅停留在静强度的层面，这也就意味着，对材料的评价只有唯一的指标。但是这也不妨碍静态力学测试技术的重要地位，截至目前，材料的静态力学性能仍然是研究材料的重要指标，是众多技术人员工作必不可少的关注点，它一直作为评价材料性能的基本参数存在着。例如在研究超细晶粒低合金高强度钢时，第一步就是测试出其静强度性能，进而采用最佳设计的工艺加工。图1所示的是世界上最早的拉伸试验机，它是一名荷兰的物理学家的杰作，虽然看起来结构简单，甚至有些简陋，但是对当时社会而言，已经是一项重大突破。而且这台拉伸试验机为之后的材料力学性能测试技术奠定了基础，它的出现，标志着材料评价体系由此诞生。随着科技的发展，先进的电子拉力试验机和电液伺服的材料试验机成为现在国内外广泛使用的静态力学性能测试仪器。

1.2 动态力学性能测试技术

大多数的工程材料由于长时间承受重复的载荷作用，不免受到破坏，这就是我们所听到的疲劳现象。如图2所示，这种现象在长时间在路途险峻山路上的汽车、反复飞行着陆并且时常遭受各种天气袭击的飞机上都会发生，在承受了弯曲之后很可能会发生断裂。所以，疲劳现象对航空、桥梁、交通运输、化工行业都存在着极大的威胁，也引起了材料技术人员的高度重视。为了迎合人们对材料性能的需要，现在已经制造并投入使用的电液伺服疲劳试验系统，其也为材料的低循环疲劳提供了实验研究基础。

1.3 断裂力学测试技术

在工程活动中，难免会出现材料有裂纹的现象，其中的原因纷繁复杂，当然，不可否认的是，这对材料结构的承载能力造成了极大的破坏。近几十年来，材料的断裂现象在工业、军事以及交通等重要行业及部门都有发生，技术人员也在这方面进行了大量的实验，取得了显著的成果，也促使着断裂力学测试技术的创新和变革。技术人员的实验结果表明，有裂纹材料的强度与其裂纹形状、尺寸有关，裂纹的形状影响其应力强度。当前，空间三维裂纹力学测试技術的发展成为建立更加标准试验方法的重要依据。

1.4 环境模拟技术

有些材料零部件由于参与特定的工程活动，需要在非常极端的环境中工作。特别是我国冬天南北方的温度差异极大，对于列车的要求就是车毂和车轮要承受不同的温度；常年在海上航行的游轮表层不仅要经历海浪的冲击，还要面临海水的腐蚀，这都会造成零部件失效，所以也要求将工作环境纳入材力学性能的测试与评价当中。目前，环境试验技术发展也比较完善，例如高温断裂力学测试（图3）、腐蚀环境疲劳与断裂试验等高难度的环境试验也在国内外有条不紊地展开，环境模拟技术的发展，为工程材料部件的各方面性能提供了更加可靠的数据。

2 力学性能测试技术发展新特征

当前，力学性能测试技术呈现出非线性的加速趋势，材料测试技术日新月异，总的来看，模块化、特种化、微型化、智能化时期发展的主要特征。模块化主要体现为控制系统采用的是通用接口、可更换的附件等；特种化主要体现为现在力学测试机械都采用大缸、多缸以及卧式试验机；微型化就是研究一些精密型非常强的材料，例如人的皮肤、显微力学等；智能化体现为自动控制、记录处理数据等。

3 结论

虽然计算机的广泛应用有能力建立起相关的材料性能数据库，快速精准地提供信息，但是，这并不能削弱试验的重要性。可以肯定的是，材料性能测试技术在现在、将来的材料学科中都会占据重要的位置。

参考文献

[1]陈文哲.材料力学性能测试技术的进展与趋势[J].理化检验，2010（2）：102-109.

[2]张段芹，刘建秀，褚金奎.低维纳米材料的力学性能测试技术研究进展[J].微纳电子技术，2014（7）：451-457.