CN108444842A - 一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属材料拉伸‑扭转组合变形强度条件的建立方法，该方法先对试件进行声发射断铅试验得到各试件的声速值，再按照设定的拉转加载方案对标记声速值的试件进行拉扭加载试验并采集力学信号，利用信号得到拉扭破坏应力，然后建立拉扭破坏应力关于声速值、拉伸与扭转加载速率的关系模型，根据关系模型及测定的声速值预测材料的拉扭破坏应力，建立试件的拉扭强度条件。本发明建立了金属拉扭破坏应力关于材料声速值、拉伸位移加载速率、扭转加载速率的多元回归模型，基于对金属材料预先测定的声速值及拉扭加载速率，由该模型预测不同试件、不同加载速率下的破坏应力，建立相应材料的拉扭强度条件。

Description

一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法
技术领域
本发明涉及一种结合金属材料声速值及拉伸加载速率预测材料拉扭破坏应力并建立相应拉扭条件的方法，尤其是一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，属于材料力学性能测试分析领域。
背景技术
金属材料有着其他结构材料无法比拟的特性而被广泛应用于生产生活中。但是，由于金属材料工作环境较为复杂，有时会承受多种载荷同时作用，因而对金属材料进行力学性能测试具有重要意义。材料的力学性能参数常用强度及刚度、泊松比等指标表示，其中强度是指材料抵抗塑性变形及断裂的能力，一般采用屈服极限或强度极限表示。材料的强度受多种因素的影响，如材料的种类、组织机构、载荷及其作用方式、加载速率及加载历史、环境温度及湿度等。一般来讲，材料性能测试是在常温、静载荷方式下进行的，目前单一载荷作用下材料的强度研究比较成熟，多种载荷作用下主要集中于材料弯拉(压)、弯扭组合变形强度研究，并建立了相应的强度条件。与单一载荷作用不同，组合载荷作用下的破坏应力不能直接由试验给出，需要结合理论分析及试验才能综合确定。已有学者们研究了拉伸—扭转联合作用下的力学性能及疲劳破坏行为，也有研究了拉扭作用下的破坏应力，考虑到加载速率对破坏应力的影响。由于强度受多种因素的影响，同一种材料由于内部组建及加工等因素的影响，其材料力学性能也存在差异，测出的指标值会表现出一定的离散性。目前，对这种离散性影响的研究较少。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提出一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，该方法在充分考虑材料离散性及加载速率对其强度影响的情况下，引入材料在加载前测定的声速值，在一定程度上体现出材料内部构造及外在加工等因素对材料性能的影响，同时考虑拉伸-扭转加载速率对材料破坏强度的影响，更为全面地研究拉伸-扭转作用下材料的强度。
为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，包括以下步骤：
第一步、设计并组建试验系统，所述试验系统包括电子拉扭试验机及其配套的信号采集系统、声发射信号分析系统和计算机分析系统，所述电子拉扭试验机用于根据试验需要选择载荷或位移控制方式对由同种材料加工而成的一组专用拉扭试件进行拉伸-扭转载荷加载试验；所述信号采集系统用于采集试验过程中产生的声发射信号；所述声发射信号分析系统用于采集试件断铅试验中的声速值，并自动储存声发射声波，实时监测断铅试验过程中的声发射现象；所述计算机分析系统用于根据采集的声发射信号计算提取信号特征值，绘制特征曲线，并进行后续的不同加载速率下拉扭破坏应力的分析计算；
第二步、在拉扭加载试验前，利用声发射信号分析系统对同材料的一组专用拉扭试件进行声发射断铅试验，得到各试件的声速值，并在试件上标记声速值；
第三步、设计拉伸-扭转组合变形加载方案并利用电子拉扭试验机及其配套的信号采集系统按照设定的拉伸-扭转加载方案对标记声速值的试件进行试验，在试验过程中通过声发射信号分析系统采集力学信号，力学信号包括轴向拉力、轴向变形、扭矩和扭转角；
第四步、结合材料拉扭组合破坏类型、应力状态理论及试验过程中采集的最大轴向拉力和最大扭矩，得到各试件的拉扭破坏应力；
第五步、基于最小二乘法建立拉扭破坏应力关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的关系模型，然后获取相关性系数，并依据相关性系数验证关系模型的有效性；
第六步、根据关系模型及测定的声速值预测给定拉扭加载速率下材料的拉扭破坏应力，然后建立试件的拉扭强度条件，为材料的拉扭强度设计提供依据及参考。
考虑到不同加载速率的组合载荷作用下的破坏应力无法一一通过试验得到，需要通过一组样本试验建立预测模型，基于以上考虑，本发明在试验前测定一组样本试件材料的声速值，给定几个加载速率进行样本试验，声速值便于测量，无需做破坏试验，再根据试验测得的最大拉力及最大扭矩，代入理论分析推导出的拉扭组合作用下破坏应力公式，得到样本试验中的破坏应力值，然后基于测得的声速值及相应样本试验中的加载速率及破坏应力，建立一拉扭破坏应力的预测模型，从而对同一材料根据预先标定的声速值可以由该模型预测其在不同加载速率下的拉扭破坏应力，并建立塑性及脆性材料的拉扭强度条件，为拉扭组合变形的强度设计及疲劳寿命分析提供必要的参考及依据。总之，本发明考虑了试件材料的脆性或塑性特征、材料离散性、加载速率等因素对试件破坏强度的影响，建立了一个拉扭破坏应力的预测模型，并给出了拉扭组合的强度条件。
进一步的，声发射信号分析系统包括两个声发射压电陶瓷传感器，两个放大器(一个传感器对应一个放大器)，一个声发射仪和一个专用微机(计算机)。
再进一步的，第二步声发射断铅试验中，试件采用直线定位，用以在一维空间中确定声发射源的位置坐标。具体地，在一维空间内放置两个声发射压电陶瓷传感器，所确定的声发射源位置必须在两个传感器的连线或圆弧线上，两个传感器分别放置于距离试件中心两侧30mm处，然后其中声速标定断铅点位置为距离试件中心两侧20mm处。
进一步的，第三步拉伸-扭转试验过程中，向试件施加的轴向拉力采用位移控制方式，向试件施加的扭矩采用角度控制方式，轴向拉力与扭矩同时加载，并且设计六级及以上的变形速率水平。具体地，设计拉扭加载试验时，根据电子拉扭试验机及其配套的信号采集系统，对前述标定过声速值的试件设计拉伸-扭转组合变形加载方案，按设定的加载速率对试件进行拉扭组合变形试验。设计至少六级不同水平的轴向位移、扭转角加载速率，并按设定的加载速率进行拉伸扭转试验，实时同步采集试验过程中的力学信号，包括轴力、轴向变形、扭矩、扭转角等。
进一步的，在所述第一步与第二步之间还具有以下步骤：加工试验用标准试件，即将同一种材料按照设计要求尺寸加工(如图3所标注尺寸)，获得一组与电子拉扭试验机拉扭加载专用夹头配套的专用试件。
进一步的，第四步中，基于试验中采集的最大轴向拉力及最大扭矩及材料力学理论，推导计算试件拉扭组合的破坏应力，具体方法如下：
如图16所示，试件在拉力F及力偶M的作用下，产生拉扭组合变形，应力最大的点在试件表面。试件表面A点的单元体应力分布如图17所示，将试件表面A点的单元体在Y方向的应力记为σy，且σy＝0，在拉力F作用下，横截面上A点的正应力为：
在力偶矩M的作用下，横截面上A点的剪应力τxy为：
由于扭矩T＝M，那么抗扭截面模量Wt为：
其中，d为试件横截面直径，Wt为抗扭截面系数，其单位为m3。
根据材料力学中平面应力状态理论得到经过A点的各斜截面上的最大正应力σ1及最大剪应力τmax。
其中，最大正应力σ1即主应力为：
最大剪应力τmax为：
当试件为脆性材料(呈现脆性断裂破坏特征)时，材料拉扭脆性破坏按照最大拉应力理论建立强度条件，以最大拉应力作为强度极限值。那么将试件破坏时的破坏应力记为σtt，结合采集的试验数据并根据(1)式就可计算试件破坏时的破坏应力，
其中，σ1为主应力，σm为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τm为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力。当轴向拉力为最大轴向拉力时，根据(3)式计算对应的最大轴向拉伸正应力σm，
其中，Fm为同一加载速率下试验过程中所采集的最大轴向拉力，A0为加载试验前试件标距内的原始横截面面积。另外，由最大扭矩Tm，根据(4)式计算同一加载速率试验过程中试件表面的最大扭转切应力τm，
其中，Tm为同一加载速率下试验过程中所采集的最大扭矩，d0为加载试验前试件标距内的原始直径值。
当试件为塑性材料(呈现塑性屈服或明显塑性变形现象等失效特征)时，材料塑性破坏按照最大剪应力理论建立强度条件，以最大剪应力作为强度极限值。那么将试件拉扭破坏时的破坏应力记为τtt，结合采集的试验数据并根据(2)式计算试件拉扭破坏时的破坏应力，
其中，τmax为最大剪应力，σm为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τm为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力。当轴向拉力为最大轴向拉力时，根据(3)式计算对应的最大轴向拉伸正应力σm，
其中，Fm为同一加载速率下试验过程中所采集的最大轴向拉力，A0为加载试验前试件标距内的原始横截面面积。另外，根据(5)式计算同一加载速率试验过程中试件表面的最大扭转切应力τm，
其中，Tm为同一加载速率下试验过程中所采集的最大扭矩，d0为加载试验前试件标距内的原始直径值。
进一步的，第五步中，基于最小二乘法原理推导出材料拉扭破坏应力关于拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值的关系模型，利用MATLAB软件编程求解关系模型中的未知参量，得到一个材料拉扭破坏应力关于拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值的多元回归模型。拉扭破坏应力关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的关系模型的建立方法如下：
5.1当试件为脆性材料时，假设脆性试件拉扭破坏应力关于拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值的拟合关系为
其中，v为拉伸变形的加载速率，γ为扭转变形的加载速率，ζ为试件的声速值，为试件为脆性材料时拉扭破坏应力σtt的拟合值，C、x、、z、w为待定参数。
计算拉扭破坏应力关于v、γ、ζ的模型(6)中待定参数C、x、z、w的具体方法按如下：
(a)对式(6)两端取对数，得到试件拉扭破坏应力拟合值的对数
(b)设每种材料试件的试验次数为n，为了便于说明及编程，各次试验结束后，将根据试验采集的最大轴向拉力和最大扭矩计算得到的破坏应力记为其中i＝1,2…n；
(c)计算拉扭破坏应力的拟合值与基于试验数据计算的拉扭破坏应力值的对数差同种材料的试件在各次试验中对数差为：
其中为当试件为脆性材料时破坏应力σtt的对数；
(d)基于最小二乘法原理，计算上述对数差的总平方和，
令
(e)根据获得式(18)～(21)：
(f)将式(18)～(21)转换成矩阵方程，
(g)利用试验数据及加载速率，通过MATLAB软件编程(后文中程序1)解出未知参数x、z、w、h，进而得到模型中待定参数x、z、w、C的值，最终得到破坏应力σtt关于拉伸、扭转加载速率及声速值的拟合模型。
5.2当试件为塑性材料时，假设塑性试件拉扭破坏应力关于拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值的拟合关系为
其中，v为拉伸变形的加载速率，γ为扭转变形的加载速率，ζ为试件的声速值，为试件为脆性材料时拉扭破坏应力τtt的拟合值，C1、x1、、z1、w1为待定参数。同理，根据上述最小二乘法原理对(j)式求解，获得材料拉扭破坏应力关于v、γ、ζ的模型中待定参数x1、z1、w1、C1的值。
计算拉扭破坏应力关于v、γ、ζ的模型(7)中待定参数x1、z1、w1、C1的具体方法按如下：
(a)对式(7)两端取对数，得到试件拉扭破坏应力拟合值的对数
(b)设每种材料试件的试验次数为n，为了便于说明及编程，各次试验结束后，将根据试验采集的最大轴向拉力和最大扭矩计算得到的破坏应力记为τtti，其中i＝1,2…n；
(c)计算拉扭破坏应力的拟合值与基于试验数据计算的拉扭破坏应力值的对数差同种材料的试件在各次试验中对数差为：
其中为当试件为塑性材料时破坏应力τtt的对数；
(d)基于最小二乘法原理，计算上述对数差的总平方和，
令
(e)根据获得式(26)～(29)：
(f)将式(26)～(29)转换成矩阵方程，
(g)利用试验数据及加载速率，通过MATLAB软件编程(后文中程序1)解出未知参数x1、z1、w1、h1，进而得到模型中待定参数x1、z1、w1、C1的值，最终得到破坏应力τtt关于拉伸、扭转加载速率及声速值的拟合模型。
计算相关性系数，分析判断拟合模型的可靠性：当试件为脆性材料时，根据不同加载速率试验过程中的最大轴向拉力和最大扭矩以及公式(1)，计算得到试件破坏时的破坏应力值σtt，同时将拉伸加载速率及扭转加载速率以及计算得到的C、x、z、w值代入关系式(6)中，获得破坏应力值σtt的拟合值然后列出计算得到的破坏应力序列与破坏应力拟合值序列，二者进行比较并利用MATLAB软件编程(程序2)计算相关性系数。当该相关性系数高于0.85时，则建立的拟合模型可靠，可由该拟合模型及采集的声速值预测其他加载速率下的脆性试件的破坏应力。
当试件为塑性材料时，根据不同加载速率试验过程中的最大轴向拉力和最大扭矩以及公式(2)，计算得到试件破坏时的破坏应力值τtt，同时将拉伸加载速率及扭转加载速率以及计算得到的C1、x1、z1、w1值代入关系式(7)中，获得破坏应力值τtt的拟合值然后列出计算得到的破坏应力序列与破坏应力拟合值序列，二者进行比较并利用MATLAB软件编程(程序2)计算相关性系数。当该相关性系数高于0.85时，则建立的拟合模型可靠，可由该拟合模型及采集的声速值预测其他加载速率下的塑性试件的破坏应力。
进一步的，第六步建立材料拉扭强度条件：利用MATLAB程序拟合得到破坏应力，将该破坏应力除以安全系数，得到许用应力，由于试件破坏时的最大工作应力小于许用应力，从而建立脆性及塑性材料的拉扭强度条件。根据拉扭强度条件可对试件进行拉扭组合载荷作用下横截面尺寸设计、最大许可载荷(拉力或扭矩)设计及拉扭强度校核等强度计算。建立塑性及脆性材料的拉扭强度条件的具体方法如下：
当试件为脆性材料时，试件的拉扭强度条件为
当试件为塑性材料时，试件的拉扭强度条件为
其中，nb为脆性材料的安全系数，ns为塑性材料的安全系数。
本发明的优点是：
(1)给出了一种计算金属材料拉扭破坏应力及建立拉扭强度条件的方法，该计算方法也适合于常用的工程材料，对于同种材料，通过少量试件在加载前的声速测定及拉扭试验能够建立一个材料拉扭破坏应力的预测模型，在应用该模型时，由于声速标定在加载前完成，不需要进行破坏性试验即可得到，因而带来了极大方便；
(2)该方法考虑了材料的离散性对材料力学性能统计的影响；
(3)可以根据建立的模型，代入测定的声速值及需要设定的加载速率即可得到相应试件材料的拉扭破坏应力，无需再一一试验，大大减少了试验所需成本；
(4)建立了适合塑性及脆性材料的拉扭强度条件，适合于不同金属材料的拉扭破坏应力的预测及强度计算，具有较强的灵活性和通用性。
总之，本发明给出了基于预先标定的材料声速值、试验过程中采集的最大轴力、最大扭矩及材料力学理论确定材料拉扭破坏应力并建立拉扭强度条件的方法，建立了一个金属拉扭破坏应力关于材料声速值、拉伸位移加载速率、扭转加载速率的多元回归模型，从而可基于对金属材料预先测定的声速值及拉扭加载速率，由该模型预测不同试件、不同加载速率下的破坏应力，建立相应材料的拉扭强度条件。
另外，不同的金属材料都可参照本发明的方法得到各自的拉扭破坏应力，从而建立相应的拉扭强度条件，为金属材料的拉扭强度设计提供必要的参考。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1为本发明中试验系统的工作原理图。
图2为本发明中试件声速标定的原理图。
图3为本发明中带传感器的试件结构示意图。
图4为本发明中铸铁试件30mm断铅处标定定位点的示意图。
图5为本发明中铸铁试件70mm断铅处标定定位点的示意图。
图6为本发明中碳钢试件30mm断铅处标定定位点的示意图。
图7为本发明中碳钢试件70mm断铅处标定定位点的示意图。
图8为本发明中铸铁试件轴力-轴向变形曲线图。
图9为本发明中碳钢试件轴力-轴向变形曲线图。
图10为本发明中铸铁试件扭矩-扭转角曲线图。
图11为本发明中碳钢试件扭矩-扭转角曲线图。
图12为本发明中六种加载速率下铸铁拉扭破坏应力的试验值变化曲线。
图13为本发明中六种加载速率下碳钢拉扭破坏应力的试验值变化曲线。
图14为本发明中六种加载速率下铸铁拉扭破坏应力的对比曲线图。
图15为本发明中六种加载速率下碳钢拉扭破坏应力的对比曲线图。
图16为本发明中试件拉扭示意图。
图17为本发明中单元体应力分析图。
具体实施方式
本发明提供一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，该方法需要先设计并组建试验系统(见图1)，再加工拉扭试验标准试件(见图3)，然后将两个传感器分别粘贴固定在距离试件标距左端点20mm处(即传感器1)和80mm处(即传感器5)，采用信号线连接放大器，再由电缆线连接声发射仪，由声发射仪将信号传输给微机上的专用声发射信号处理软件，接着在距离试件标距左端点30mm(即断铅点1)和70mm(即断铅点2)处分别断铅3次，见图2，六次断铅结束后回放波形文件，最后利用声发射信号处理软件的声速标定功能计算并记录试件的声速值。
在拉扭加载试验前，利用声发射信号分析系统对同材料的六件专用拉扭试件进行声发射断铅试验，得到各试件的声速值，并在试件上标记声速值。最后进行拉扭加载试验。
实施例
本实施例选择铸铁、碳钢两种金属材料的拉扭试件(每种材料选择六个试件)，首先在进行拉伸扭转试验前对各试件进行声速标定以测得对应的声速值，声速值见表1和表2，其中铸铁试件的编号为Z1～Z6，碳钢试件的编号为T1～T6。声速标定后按照表3的试验方案对试件进行拉伸扭转试验，每种金属材料进行6次不同拉扭加载速率试验，一共进行12次拉扭加载试验。具体的加载速率和加载路径方案分别见表3。图4至图7为试件断铅处定位点示意图。
表1铸铁声速标定定位点数据
表2碳钢声速标定定位点数据
表3铸铁和碳钢声速值及拉伸扭转加载速率方案
按照上述表3中的试验方案，对铸铁和碳钢两种金属材料分别进行6种拉扭加载试验，然后基于试验数据绘制轴力-轴向位移曲线和扭矩-扭转角曲线(见图8～11)。
表4给出了铸铁材料的扭转破坏应力试验值(又称计算值)，其中破坏应力试验值记为σ1。图12为六种加载速率下铸铁拉扭破坏应力试验值的变化曲线图。
表4铸铁拉扭破坏应力试验值
表5给出了碳钢材料的扭转破坏应力试验值(又称计算值)，其中破坏应力试验值记为τmax。图12为六种加载速率下碳钢拉扭破坏应力试验值的变化曲线图。
表5碳钢破坏应力试验值
六种加载速率下的金属材料破坏应力曲线如附图8和图9所示。基于最小二乘法，运行Matlab软件的程序1和程序2并调用表4和表5中的试件声速值、试验拉伸加载速率和扭转加载速率，分别得到对应不同拉扭加载速率下的拟合值(或)、值，拟合值如表6和表7所示。对应的C、x、z、w、R及P值，如表8所示。
表6铸铁破坏应力与破坏方向的拟合值
表7碳钢破坏剪应力与破坏方向的拟合值
表8铸铁拉扭破坏应力拟合相关性结果
表9碳钢拉扭破坏应力拟合相关性结果
根据表8和表9结果可以看出，材料破坏应力预测值(拟合值)与试验计算值的相关性系数均高于0.85，因而可以判断预测模型的可靠性较高，说明该预测方法是可行的。
从而得到建立塑性及脆性材料的拉扭强度条件为：
脆性材料：
塑性材料：
其中，nb、ns分别为脆性与塑性材料的安全系数。
根据表1绘制铸铁和碳钢试件声速标定定位点图，见图4～7。绘制每次试验中材料破坏应力预测值与计算值的对比曲线。图14和图15为由拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值得到的材料破坏应力预测值与计算值的对比曲线。
综上可知，根据材料的拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值可以建立材料的破坏应力的预测模型。由本发明的模型，利用材料的拉伸扭转加载速率及声速值预估其对应的拉扭破坏应力，并建立相应材料的拉扭强度条件，为材料的拉扭强度设计提供必要的参考。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
程序1计算预测模型待定参数
程序2计算相关系数

Claims (10)

1.一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、设计并组建试验系统，所述试验系统包括电子拉扭试验机及其配套的信号采集系统、声发射信号分析系统和计算机分析系统，所述电子拉扭试验机用于对由同种材料加工而成的一组专用拉扭试件进行拉伸-扭转载荷加载试验；所述信号采集系统用于采集试验过程中产生的声发射信号；所述声发射信号分析系统用于采集试件断铅试验中的声速值，并自动储存声发射声波，实时监测断铅试验过程中的声发射现象；所述计算机分析系统用于根据采集的声发射信号计算提取信号特征值，绘制特征曲线，并进行后续的不同加载速率下拉扭破坏应力的分析计算；
第二步、利用声发射信号分析系统对同材料的一组专用拉扭试件进行声发射断铅试验，得到各试件的声速值，并在试件上标记声速值；
第三步、设计拉伸-扭转组合加载方案并利用电子拉扭试验机按照设定的拉伸-扭转加载方案对标记声速值的试件进行试验，在试验过程中通过声发射信号分析系统采集力学信号，力学信号包括轴向拉力、轴向变形、扭矩和扭转角；
第四步、结合材料拉扭组合破坏类型、应力状态理论及试验过程中采集的最大轴向拉力和最大扭矩，得到各试件的拉扭破坏应力；
第五步、基于最小二乘法建立拉扭破坏应力关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的关系模型，然后获取相关性系数，并依据相关性系数验证关系模型的有效性；
第六步、根据关系模型及测定的声速值预测给定拉扭加载速率下材料的拉扭破坏应力，然后建立试件的拉扭强度条件。
2.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，所述声发射信号分析系统包括两个声发射压电陶瓷传感器，两个放大器，一个声发射仪和一个专用微机。
3.根据权利要求2所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第二步声发射断铅试验中，试件采用直线定位，用以在一维空间中确定声发射源的位置坐标。
4.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第三步拉伸-扭转试验过程中，向试件施加的轴向拉力采用位移控制方式，向试件施加的扭矩采用角度控制方式，轴向拉力与扭矩同时加载，并且设计六级及以上的变形速率水平。
5.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，在所述第一步与第二步之间还具有以下步骤：加工试验用标准试件，即将同一种材料按照设计要求尺寸加工，获得一组与电子拉扭试验机拉扭加载专用夹头配套的专用试件。
6.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第四步中，获取试件拉扭破坏应力的方法如下：
4.1当试件为脆性材料时，将试件破坏时的破坏应力记为σtt，结合采集的试验数据并根据(1)式计算试件破坏时的破坏应力，
其中，σ1为主应力，σm为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τm为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力；
4.2当试件为塑性材料时，将试件拉扭破坏时的破坏应力记为τtt，结合采集的试验数据并根据(2)式计算试件拉扭破坏时的破坏应力，
其中，τmax为最大剪应力，σm为同一加载速率试验过程中的最大轴向拉伸正应力，τm为同一加载速率试验过程中试件在扭矩作用下横截面上的最大扭转切应力。
7.根据权利要求6所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，在步骤4.1、4.2中，当轴向拉力为最大轴向拉力时，根据(3)式计算对应的最大轴向拉伸正应力σm，
其中，Fm为同一加载速率下试验过程中所采集的最大轴向拉力，A0为加载试验前试件标距内的原始横截面面积。
8.根据权利要求6所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，在步骤4.1中，由最大扭矩Tm，根据(4)式计算同一加载速率试验过程中试件表面的最大扭转切应力τm，
其中，Tm为同一加载速率下试验过程中所采集的最大扭矩，d0为加载试验前试件标距内的原始直径值；
在步骤4.2中，根据(5)式计算同一加载速率试验过程中试件表面的最大扭转切应力τm，
其中，Tm为同一加载速率下试验过程中所采集的最大扭矩，d0为加载试验前试件标距内的原始直径值。
9.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第五步中，拉扭破坏应力关于材料声速值、拉伸与扭转加载速率的关系模型的建立方法如下：
5.1当试件为脆性材料时，假设试件拉扭破坏应力关于拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值的拟合关系为
其中，v为拉伸变形的加载速率，γ为扭转变形的加载速率，ζ为试件的声速值，为试件为脆性材料时拉扭破坏应力σtt的拟合值，C、x、、z、w为待定参数；
当试件为塑性材料时，假设试件拉扭破坏应力关于拉伸加载速率、扭转加载速率、声速值的拟合关系为
其中，v为拉伸变形的加载速率，γ为扭转变形的加载速率，ζ为试件的声速值，为试件为脆性材料时拉扭破坏应力τtt的拟合值，C1、x1、、z1、w1为待定参数；
5.2当试件为脆性材料时，对式(6)两边取对数，得到试件拉扭破坏应力拟合值的对数然后获得同种材料试件在各次试验中对数差其中lnσtt为当试件为脆性材料时破坏应力σtt的对数，最后记录对数差的平方和；
当试件为塑性材料时，对式(7)两边取对数，得到试件拉扭破坏应力拟合值的对数然后获得同种材料试件在各次试验中对数差其中lnτtt为当试件为塑性材料时破坏应力τtt的对数，最后记录对数差的平方和；
5.3基于最小二乘法原理，求解式(6)中的待定参数C、x、、z、w，得到破坏应力σtt关于拉伸、扭转加载速率及声速值的拟合模型；
同时，求解式(7)中待定参数C1、x1、、z1、w1，得到破坏应力τtt关于拉伸、扭转加载速率及声速值的拟合模型；
5.4当试件为脆性材料时，根据不同加载速率试验过程中的最大轴向拉力和最大扭矩，获得试件破坏时的破坏应力值σtt，同时获得破坏应力值σtt的拟合值列出破坏应力序列与破坏应力拟合值序列，并计算二者之间的相关性系数，当该相关性系数高于0.85时，则建立的拟合模型可靠；当试件为塑性材料时，根据不同加载速率试验过程中的最大轴向拉力和最大扭矩，获得试件破坏时的破坏应力值τtt，同时获得破坏应力值τtt的拟合值列出破坏应力序列与破坏应力拟合值序列，并计算二者之间的相关性系数，当该相关性系数高于0.85时，则建立的拟合模型可靠。
10.根据权利要求1所述一种金属材料拉伸-扭转组合变形强度条件的建立方法，其特征在于，第六步中，建立塑性及脆性材料的拉扭强度条件的方法如下：
当试件为脆性材料时，试件的拉扭强度条件为
当试件为塑性材料时，试件的拉扭强度条件为
其中，nb为脆性材料的安全系数，ns为塑性材料的安全系数。
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