[發明專利]疲勞裂紋擴展速率自動測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201110168553.4
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102253087A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 聶宏;湯劍飛;薛彩軍;汪勇;張俊苗;林鴻志
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N21/88
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種疲勞裂紋擴展速率自動測量裝置及方法，屬于材料疲勞性能檢測技術領域。

?背景技術

疲勞失效是導致工程結構和機械失效的主要原因之一。疲勞裂紋擴展速率測量的目的是獲取材料、零件或結構中的缺陷和損傷，在交變載荷作用下擴展規律，以便給定零部件、結構的檢修和使用壽命周期，保證零部件或結構的安全性和可靠性。

現有的疲勞裂紋擴展速率測量方法包括了目測法、柔度法、電位法等。這些方法中目測法最為常用，但是在試樣承受疲勞載荷振動幅度較大時，存在在試驗過程中難以讀數的問題，必須中斷試驗進行測量，測量精度受人為因素影響；腐蝕疲勞中腐蝕介質透明程度也直接影響該方法的效果，不透明的介質中無法使用目測法對裂紋長度進行測量；在復雜結構中，人員難以觀察到的部位無法采用目測法，即使借助輔助光學儀器，也將帶來照明、空間等一系列問題。柔度法和電位法通過間接讀取其它物理量的變化值換算裂紋擴展長度，但也存在著各自的限制，首先兩者皆需要在使用前標定裂紋擴展長度與所測物理量之間的關系，而標定工作本身就較為復雜和繁瑣，且容易引入誤差，降低測量精度；其次柔度法對空間也有一定的要求，需要被測部位周圍能夠容納引伸計的安裝，在復雜結構中的使用中可能因此受到限制，在腐蝕疲勞和高低溫疲勞等環境疲勞試驗中也將增加試驗環境密封的難度；電位法則需要被測試樣為導體，易受各種因素（如試樣材料導電性、導線與試樣連接位置、氧化物和環境影響等）的干擾而降低測量精度；需要額外在試樣與加力系統間采取絕緣措施；含水介質中疲勞裂紋擴展測定時可能造成電化學影響。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種疲勞裂紋擴展速率自動測量裝置及方法，精度較高、簡單易行，適用于氣體、液體等腐蝕介質中的疲勞裂紋擴展速率測量，也適用于金屬、復合材料等多種材料制成的試樣、大型復雜的試驗件或結構的疲勞裂紋擴展速率測量的方法。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種疲勞裂紋擴展速率自動測量裝置，包括用于標示疲勞裂紋擴展的斷裂線、電源或光源、導線或光纖、測量并記錄斷裂線中電流或光纖通斷的測量裝置和將斷裂線斷裂測量結果換算成疲勞裂紋擴展速率的計算機程序的計算機，其中，斷裂線是漆包線或光纖，粘貼在試樣上，當被粘貼的斷裂線是漆包線，則漆包線通過導線分別與電源和測量并記錄斷裂線中電流的測量裝置相連，該測量裝置通過USB接口或串口與將漆包線斷裂測量結果換算成疲勞裂紋擴展速率的計算機程序的計算機相連；當被粘貼的斷裂線是光纖，則光纖分別與光源和光纖通斷的測量裝置連接，該測量裝置通過USB接口或串口與將光纖通斷測量結果換算成疲勞裂紋擴展速率的計算機程序的計算機相連。

所述的漆包線由導體和絕緣層兩部分組成，其材質、形狀和尺寸由被測試樣決定。

所述測量并記錄斷裂線中電流或光通斷的測量裝置，由電路板、可編程芯片與計算機相連的串口或USB接口組成。

所述的疲勞裂紋擴展速率自動測量裝置的測量方法，包括如下步驟：

步驟1、將斷裂線粘貼在被測試樣或結構中易產生疲勞裂紋的區域；

步驟2、將粘貼好的斷裂線分別與電源或光源和測量裝置連接；

步驟3、開始疲勞試驗，對試樣或結構施加交變載荷，隨著裂紋的萌生和擴展，粘貼在試樣或結構表面的斷裂線隨著其下方表面開裂而斷裂；

步驟4、通過測量裝置中的芯片測量并記錄下每根斷裂線斷裂的時間；

步驟5、測量裝置通過USB接口或串口將測量結果傳送至安裝了換算成疲勞裂紋擴展速率的計算機程序的計算機；

步驟6、通過計算機程序的計算機將斷裂線斷裂次序與時間的關系換算成裂紋長度與時間的關系；

步驟7、參照GB/T6398-2000《金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法》推薦的數據處理方法，在計算機程序中將裂紋長度與時間的關系轉化為疲勞裂紋擴展速率。

本發明的有益效果如下：

1、實現了全程自動化測量并直接輸出疲勞裂紋擴展速率結果，大大簡化了疲勞裂紋擴展速率測量工作。

2、本發明簡單易行，所有組件價格相對較低、獲取簡單，裝置成本低；斷裂線的直徑小且一致，而通過芯片測量的電流通斷時間可以精確到毫秒，因此測量結果精度較高。

3、在與被測材料斷裂強度一致的斷裂線的前提下，可以應用于各種材料（包括不導電的復合材料），且不受介質和溫度等外界因素和人為因素的影響。