[發明專利]一種測試復合型疲勞裂紋擴展速率的裝置

有效

• 申請號: 201310227160.5
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN104237007A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 陳學東;聶德福;范志超;吳喬國
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/22;G01N3/24
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺;劉坤

技術領域

本發明屬于材料測試技術領域，涉及一種測試復合型疲勞裂紋擴展速率的裝置。?

背景技術

疲勞破壞是機械零部件和工程構件的主要失效模式之一，且多為脆性破壞形式，易造成較大的經濟財產損失，因此長期以來疲勞破壞問題一直受到人們的廣泛關注。通過大量的試驗研究和實際工程應用，基于不同的理念已經形成了一些疲勞破壞的描述方法。其中，基于損傷容限理念形成的疲勞裂紋擴展速率描述方法，在含裂紋構件的疲勞壽命評價中取得了較好的效果。疲勞裂紋擴展速率不僅是表征材料抵抗疲勞裂紋擴展的重要參數，也是對基于彈塑性力學的疲勞強度總壽命設計理念的重要拓展。隨著斷裂力學的不斷發展與完善，該方法在疲勞設計與分析中得到了越來越廣泛的應用。對于實際機械零部件和工程構件而言，由于結構和使役條件復雜，疲勞破壞大多為復合型，因此，研究復合型疲勞裂紋擴展導致的破壞具有十分重要的理論意義和工程價值。?

根據疲勞裂紋與受力情況可將疲勞裂紋分為I型（裂紋承受垂直正應力作用）、II型（裂紋承受面內剪應力作用）、III型（裂紋承受面外剪應力作用）三種。目前已經開展了許多關于疲勞裂紋擴展速率的試驗研究，但大多集中在采用標準夾具和試樣測試裂紋在I型疲勞載荷作用下的擴展速率，而關于II型、III型及復合型疲勞裂紋擴展速率的研究較少，試驗數據較為匱乏。當今商用疲勞試驗機仍以軸向拉壓型為主，即使采用軸向拉壓+扭轉型試驗機，對于標準夾具和試樣通常也只能開展I型、III型和I-III型復合型疲勞裂紋擴展試驗。而掌握裂紋在各種類型疲勞載荷作用下的擴展速率，將有利于實現對機械零件和工程構件在復雜應力場下的疲勞壽命進行精確預測。?

發明內容

本發明的目的是提供一種測試復合型疲勞裂紋擴展速率的裝置，本裝置能夠較好地測量各類復合型疲勞裂紋的擴展速率，實現復合型疲勞載荷作用下的裂紋擴展試驗，研究復雜交變應力場作用下材料的疲勞裂紋擴展規律，進而為關鍵機械零件和工程構件在復雜使役條件下的疲勞壽命精確預測提供參考和依據。?

為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案是：一種測試復合型疲勞裂紋擴展速率的裝置，包括板狀的試樣，本裝置包括如下組成部分：?

第一夾具機構，用于通過第二夾具機構對所述試樣施加拉伸、剪切、扭轉作用；?

第二夾具機構，用于夾持所述試樣，并與第一夾具機構相配合使試樣產生復合型疲勞裂紋；?

疲勞裂紋測量儀，用于測量并記錄所述試樣上產生的復合型疲勞裂紋長度。?

同時，本發明還可以通過以下技術措施得以進一步實現：?

優選的，所述第一夾具機構包括兩個第一夾具，所述第一夾具的一端設置為呈圓柱狀的長桿，另一端設置為便于與第二夾具機構中的夾具相連的U型夾持部；所述長桿和U型夾持部整體成型。?

優選的，所述第二夾具機構包括第一法蘭式夾具和第二法蘭式夾具，所述第一法蘭式夾具和第二法蘭式夾具均由法蘭盤和法蘭頸構成，且構成同一個法蘭式夾具的法蘭盤和法蘭頸整體成型；?

所述法蘭盤和法蘭頸均呈扇形，且法蘭盤的突出在法蘭頸外側的弧形邊緣處沿法蘭盤的周向均勻地分布有若干個貫穿盤體的加載孔；?

所述扇形法蘭頸的圓心處設置有便于所述試樣安裝的夾持面，所述夾持面垂直于法蘭盤的盤面，所述第一法蘭式夾具的法蘭頸和第二法蘭式夾具的法蘭頸分別從試樣的兩個側面將所述試樣夾持固定，且絕緣連接部件穿過試樣伸入法蘭頸并將所述試樣緊固在夾持面處；所述夾持面與所述試樣的側面?之間設置有絕緣墊片；處于夾持狀態的第一法蘭式夾具的法蘭盤和第二法蘭式夾具的法蘭盤共面，且第一法蘭式夾具的法蘭盤和第二法蘭式夾具的法蘭盤半徑相同且共圓心；?

所述第一夾具的U型夾持部通過連接部件與所述法蘭盤上的加載孔固接，且兩個第一夾具上的U型夾持部分別與第一法蘭式夾具的法蘭盤和第二法蘭式夾具的法蘭盤相連；與U型夾持部相連的第一法蘭式夾具的法蘭盤上的加載孔中心和第二法蘭式夾具的法蘭盤上的加載孔中心共同構成加載線，所述加載線穿過法蘭盤的圓心；?

所述加載線與兩個第一夾具對試樣進行拉伸作用時在試樣上產生的預制疲勞裂紋面共面。?

優選的，所述板狀的試樣呈長方形，所述試樣上設置有一個自試樣的邊緣處沿試樣的寬度方向向試樣內部延伸的機加工缺口，所述機加工缺口設置在試樣的沿其長度方向一側的中部，且所述機加工缺口的位于試樣內部的封閉端呈尖峰狀，所述機加工缺口的尖峰狀封閉端的峰線與所述預制疲勞裂紋面共面；所述機加工缺口的兩側對稱設置有供絕緣連接部件穿過的固定孔，所述固定孔的孔中心連線垂直于所述預制疲勞裂紋面。?