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夏比试验的历史背景和发展
摘要 基于摆锤的冲击试验方法，通常称为夏比试验，是一种成本效益较高的材料试验程序，无论是在产品验收方面还是在监督方面都是如此。本文试图简要回顾材料试验的总体发展历程，从 19 世纪下半叶工业化初期开始，并试图指出冲击试验在这一时期的作用和地位。本文详细讨论了基于摆锤的冲击试验发展的几个时期。关键词 夏比冲击试验、材料试验历史、仪器冲击试验、摆锤冲击试验 引言 有人说 (Harvey, 1984)“没有人是文明人或心智成熟的人，除非他意识到过去、现在和未来是不可分割的。”这句话同样适用于所有科学技术领域，包括材料测试。本文重点介绍了使用夏比试验方法进行材料测试的发展，该方法基于使用摆锤对样品施加冲击力。英国皇家学会在 1979 年召开的“设计和服务中的断裂力学 - 与缺陷共存”会议上概述了该技术发展的一些里程碑，强调了冲击摆锤试验机的重要作用。本篇以历史为导向的文章从材料韧性表征的角度阐明了冲击试验的发展。从历史上看，冲击摆锤试验方法和相关设备（几乎是其当前形式）是由 S. B. Russell 于 1898 年（Russell，1898）和 G. Charpy 于 1901 年（Charpy，1901a，b）提出的。A. G. A. Charpy（图 1）在 6 月出版的法国《法国社会科学杂志》上介绍了他的基本思想。Ing.Civ.de Francais 和 1901 年 9 月在布达佩斯举行的国际材料测试协会大会论文集（见图 2）。冲击试验程序似乎在 19 世纪上半叶被称为 Charpy 试验
多丝电弧增材制造TC4/Nb仿生层状异质合金的组织演变和力学性能
电弧增材制造零件性能的提升依赖于结构创新和定制打印，自然优化的结构可以为设计制造提供灵感。本文以Crysomalon squamiferum壳的生物结构为灵感，采用多丝电弧增材制造（MWAAM）技术设计并制备了层状TC4/Nb多材料合金零件。利用EDS、SEM、EBSD和力学性能试验机研究了MWAAM加工仿生异质TC4/Nb多材料合金零件的界面反应、相组成、微观组织演变、晶体生长、力学性能和裂纹扩展。结果表明，MWAAM TC4/Nb多材料合金试样不同层间形成了良好的冶金结合；Ti/Nb多材料合金零件主要由α-Ti、β-Ti和（Nb，Ti）固溶体相组成。随着Nb含量的增加，从TC4层到G1层，相形貌经历了一个连续的转变过程：片层状α+β→细片层状α+短棒状α+β→针状α+β→细针状α+β。此外，随着Nb含量的增加，TC4/Nb多材料合金组分从TC4层到G2层的晶粒尺寸由3.534μm逐渐减小到2.904μm。TC4/Nb多材料合金从TC4层到G2层的显微硬度范围为404.04~245.23HV。TC4/Nb多材料合金试样具有较高的压缩强度和极限拉伸强度分别为2162.64±26MPa和663.39MPa，对应的应变量分别为31.99%和17.77%。优异的力学行为主要归因于层间晶粒尺寸的梯度转变和组织演变的良好结合；拉伸试验过程中裂纹扩展主要以裂纹偏转和多级开裂为主；TC4/Nb多材料合金构件中TC4层的强度高于G1层和G2层。
成果报告书- 防卫省・自卫队
开发 - 试制耐振单腿基本结构模块，并在振动环境下（正弦波33Hz、最大加速度5G）验证发电操作（振动环境条件以JIS汽车零部件耐振要求为准） - 在上述振动环境下，模块发电耐久性达到100小时以上 - 耐振模块结构及相关周边技术的知识产权申请 自2017年度起，针对上述目标2的内容，我们决定在振动环境下（正弦波33和67Hz、最大加速度5和10G）验证发电操作。 为了实现这些目标，我们将采取以下步骤： ①提高环保型Mg2Si热电发电材料的热耐久性经过申请人迄今为止的努力，已确认Mg2Si材料本身的发电元件在空气中600℃下经过3000小时以上仍能保持稳定。此项委托工作将确保引入热电池所需的模块化结构的耐用性。 ② 开发最适合发电的新型高耐久单腿结构模块 本次委托项目中，Mg2Si热电材料具有基本热电发电能力高、在热电材料中重量最轻、环境负荷小等特点。为此，采用了单腿型热电发电模块结构，该结构仅由n型半导体Mg2Si构成。 ③在发电环境中，使用振动试验机，在接近真实环境的条件下评估发电特性。通过叠加汽车零部件通常所要求的水平的振动环境（JIS规定的汽车零部件耐振环境：正弦波加速度5G、33Hz），努力确保发电模块的耐久性。 B.热电池专用DC-DC电源转换器实用化基本要素技术本项目的目标如下： 目标1：专用于热电发电模块的电容器堆叠型DC-DC转换器，转换效率达80%
夏比试验的历史背景和发展
* 匈牙利米什科尔茨 Bay Zoltán 应用研究基金会物流与生产系统研究所 ** 奥地利维也纳技术大学力学研究所 *** 美国科罗拉多州博尔德国家标准与技术研究所 摘要 基于摆锤的冲击试验方法通常称为夏比冲击试验，是一种成本效益较高的材料试验程序，无论是在产品验收还是在监督方面。本文试图简要回顾材料试验的总体发展历史，从 19 世纪下半叶工业化初期开始，并试图指出冲击试验在此期间的作用和地位。本文详细讨论了基于摆锤的冲击试验发展的几个时期。关键词 夏比冲击试验、材料试验史、仪器化冲击试验、摆锤冲击试验 引言 有人说过 (Harvey, 1984)：“没有人能够文明或心智成熟，除非他认识到过去、现在和未来是不可分割的。”这句话同样适用于所有的科学技术领域，包括材料测试。本文重点介绍使用夏比试验方法进行材料试验的开发，该方法基于使用摆锤对样品施加冲击力。1979 年，皇家学会在“设计和服务中的断裂力学 - 与缺陷共存”会议上概述了该技术开发的一些里程碑，会上强调了冲击摆锤试验机的重要作用。本文以历史为导向，从材料韧性表征的角度阐明了冲击试验的发展。从历史上看，冲击摆锤试验方法和相关设备（几乎是其目前的形式）是由 SB Russell 于 1898 年（Russell，1898）和 G. Charpy 于 1901 年（Charpy，1901a，b）提出的。AGA Charpy（图 1）在法国《法国社会科学学会杂志》6 月刊和 1901 年 9 月在布达佩斯举行的国际材料试验协会大会论文集（见图 2）中介绍了他的基本思想。冲击试验程序似乎在 18 世纪上半叶被称为 Charpy 试验
结果报告 - 防卫省/自卫队
・耐振 Unireg 基本结构模块的原型以及励磁环境下的发电运行验证（正弦波 33 Hz，最大加速度 5 G）（励磁环境条件为 JIS 汽车零部件的耐振要求）・模块功率在上述振动环境下的发电耐久性为100小时以上 ・抗振模块结构及相关外围技术的知识产权申请 此外，从2017年度起，上述目标2决定验证激励环境（33和67 Hz正弦波，最大加速度5和10 G）下的发电操作。 为了实现这些目标，我们将采取以下举措。 ① 提高环境负荷低的Mg 2 Si热电发电材料的热耐久性 申请人之前的努力表明，Mg 2 Si材料本身即使在600℃下3000小时或更长时间后也能保持发电元件的电阻值。气氛稳定。这项委托工作将确保模块结构的耐用性，这在将其引入热电池时是必要的。 ②开发针对发电优化的高耐用新型Unireg结构模块在本次委托工作中，Mg 2 Si热电材料具有基础热电发电能力高、热电材料中重量最轻、环境影响低等特点。为此，我们将采用unireg型热电发电模块结构，该结构只能由n型半导体Mg 2 Si构成。 ③ 在发电环境下使用振动试验机评价接近实际环境的发电特性汽车零部件一般要求水平的振动环境（JIS所示的汽车零部件耐振动环境：正弦波加速度5G、33Hz） ）保证发电模块的耐用性。 B.热电池DC-DC功率变换器实际应用的基础技术本项目的目标如下。 目标1：热电发电模块专用电容堆积式DC-DC转换器的转换效率达到80%
多丝电弧增材制造TC4/Nb仿生层状异质合金的组织演变和力学性能
电弧增材制造零件性能的提升依赖于结构创新和定制打印，自然优化的结构可以为设计制造提供灵感。本文以Crysomalon squamiferum壳的生物结构为灵感，采用多丝电弧增材制造（MWAAM）技术设计并制备了层状TC4/Nb多材料合金零件。利用EDS、SEM、EBSD和力学性能试验机研究了MWAAM加工仿生异质TC4/Nb多材料合金零件的界面反应、相组成、微观组织演变、晶体生长、力学性能和裂纹扩展。结果表明，MWAAM TC4/Nb多材料合金试样不同层间形成了良好的冶金结合；Ti/Nb多材料合金零件主要由α-Ti、β-Ti和（Nb，Ti）固溶体相组成。随着Nb含量的增加，从TC4层到G1层，相形貌经历了一个连续的转变过程：片层状α+β→细片层状α+短棒状α+β→针状α+β→细针状α+β。此外，随着Nb含量的增加，TC4/Nb多材料合金组分从TC4层到G2层的晶粒尺寸由3.534μm逐渐减小到2.904μm。TC4/Nb多材料合金从TC4层到G2层的显微硬度范围为404.04~245.23HV。TC4/Nb多材料合金试样具有较高的压缩强度和极限拉伸强度分别为2162.64±26MPa和663.39MPa，对应的应变量分别为31.99%和17.77%。优异的力学行为主要归因于层间晶粒尺寸的梯度转变和组织演变的良好结合；拉伸试验过程中裂纹扩展主要以裂纹偏转和多级开裂为主；TC4/Nb多材料合金构件中TC4层的强度高于G1层和G2层。
复合材料层压板脱层现象的调查...
图 36：Vitel v. 2000 s175 熔接机 .......................................................................................... 67 图 37：FBG 的放置 ................................................................................................................ 68 图 38：激光光源的视觉指示 ................................................................................................ 69 图 39：验证 FBG 功能的测试信号。 ................................................................................ 69 图 40：上部应变计附件 ...................................................................................................... 70 图 41：上部和下部应变计 #1 和 #2 ................................................................................ 70 图 42：微测量 P3 列车指示器和记录器以及 LCD 显示屏。 ................ 72 图 43：应力和温度应力随时间的变化 (Vergani、Colombo 和 Libonati 2014) ............................................................................................................. 74 图 44：每个间隔的热曲线 (Vergani、Colombo 和 Libonati 2014) ............................................................................. 75 图 45：涡轮叶片的热成像数据 (Dutton 2004)。 ............................................................................. 75 图 46：测试样本大小 ............................................................................................................. 76 图 47：材料属性样本 12 层 3 x (25 x 250) ............................................................................. 77 图 48：拉力试验机 (MTS Insight 310)。 ........................................................... 78 图 49：25 毫米样品应力与应变图 .............................................................................. 79 图 50：3 个样品的平均弹性模量 .............................................................................. 80 图 51：三点弯曲夹具（ISO 1998） .............................................................................. 82 图 52：进行三点弯曲测试的三个样品 ............................................................................. 84 图 53：弯曲试验前后 ............................................................................................. 84 图 54：三个样品的弯曲与载荷图 ............................................................................. 85 图 55：失效模式 ............................................................................................................. 86 图 56：最外层的弯曲断裂。 ............................................................................................. 87 图 57：第一个拉伸样品顶视图。 ........................................................................... 89 图 58：第二个拉伸样品正面图 .............................................................................. 89 图 59：使用第一个样品进行初步测试以及裂纹扩展的光学测量 91 图 60：用于模拟结冰的塔斯马尼亚橡木轮廓 ................................................................... 92 图 61: 第 2 次拉伸样品顶视图 .............................................................................................. 92 图 62: 控制第 2 次拉伸样品的形状 .............................................................................................. 92 图 63: 第 2 次拉伸样品侧视图 ...................................................................................................... 93 图 64: 拉伸试验的失效模式（标准 2000） ............................................................................. 94 图 65: 弯曲样品的顶视图 ...................................................................................................... 94 图 66: 弯曲样品的前视图 ...................................................................................................... 95 图 67: 上部应变计附件 ............................................................................................................. 95 图 68: 传感器放置的侧视图 ............................................................................................................. 96 图 69: 夹具中的弯曲样品 ............................................................................................................. 96 图 70: 弯曲试验的失效模式（标准 2000） ............................................................................. 97 图 71: 全部三个样品喷涂黑色以准备进行热成像测试 ...................................................................... 98 图 72：热成像测试期间的第一个和第二个拉伸样品 ...................................................................... 99 图 73：810 疲劳机的设置 ...................................................................................................... 99 图 74：热弹应力分析 ............................................................................................................. 100 图 75：拉伸初始测试 ............................................................................................................. 101 图 76：循环中的热成像图片 ............................................................................................. 102 图 77：热成像结果 ............................................................................................................. 103 图 78：视觉裂纹萌生 ............................................................................................................. 103 图 79：第二个拉伸样品的应变数据 ............................................................................................. 10495 图 67：上部应变计附件 ...................................................................................................... 95 图 68：传感器放置侧视图 ...................................................................................................... 96 图 69：夹具中的弯曲样品 ...................................................................................................... 96 图 70：弯曲测试的故障模式（标准 2000） ............................................................................. 97 图 71：为准备进行热成像测试，所有三个样品都喷涂黑色 ............................................................. 98 图 72：热成像测试期间的第一个和第二个拉伸样品 ............................................................. 99 图 73：810 疲劳机的设置 ............................................................................................. 99 图 74：热弹应力分析 ............................................................................................................. 100 图 75：拉伸初始测试 ............................................................................................................. 101 图 76：循环中的热成像图片 ............................................................................................. 102 图 77：热成像结果 ............................................................................................................. 103 图 78：视觉裂纹萌生 ................................................................................................ 103 图 79：第二个拉伸样品的应变数据 .............................................................................. 10495 图 67：上部应变计附件 ...................................................................................................... 95 图 68：传感器放置侧视图 ...................................................................................................... 96 图 69：夹具中的弯曲样品 ...................................................................................................... 96 图 70：弯曲测试的故障模式（标准 2000） ............................................................................. 97 图 71：为准备进行热成像测试，所有三个样品都喷涂黑色 ............................................................. 98 图 72：热成像测试期间的第一个和第二个拉伸样品 ............................................................. 99 图 73：810 疲劳机的设置 ............................................................................................. 99 图 74：热弹应力分析 ............................................................................................................. 100 图 75：拉伸初始测试 ............................................................................................................. 101 图 76：循环中的热成像图片 ............................................................................................. 102 图 77：热成像结果 ............................................................................................................. 103 图 78：视觉裂纹萌生 ................................................................................................ 103 图 79：第二个拉伸样品的应变数据 .............................................................................. 104第二个拉伸样品的应变数据................................................................................104第二个拉伸样品的应变数据................................................................................104