[發明專利]一種冷拔高強鋼絲裂紋擴展速率的簡易檢測方法

有效

• 申請號: 201410053393.2
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103868808A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 徐俊;陳惟珍;周健鴻;李佳;張博珊;楊清梅
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

1.一種冷拔高強鋼絲裂紋擴展速率的簡易檢測方法，其特征在于，在對預裂紋的冷拔高強鋼絲試件實施疲勞加載，直至鋼絲斷絲，再通過對斷面上疲勞荷載形成的條紋進行測量，通過在雙對數圖上繪制裂紋擴展速率-應力強度因子幅曲線，采用最小二乘法計算曲線擬合，得到冷拔高強鋼絲的Paris公式K^m曲線擬合參數C和m，根據Paris公式計算冷拔高強鋼絲在任意給定的裂紋長度a和應力幅Δσ條件下的裂紋擴展速率。

2.如權利要求1所述的一種冷拔高強鋼絲裂紋擴展速率的簡易檢測方法，其特征在于，具體包括步驟為：

（1）高強鋼絲試件預處理

選擇平直無彎曲的冷拔高強鋼絲作為試驗材料，將高強鋼絲垂直切割為250～300mm長的節段，每個節段作為一根鋼絲試件，在鋼絲試件正中間垂直鋼絲軸線采用線切割形成1.00±0.10mm深的預制缺陷，所有試件的預制缺陷寬度應相同且不超過0.15mm；

（2）確定試驗荷載

將高強鋼絲試件安裝在疲勞試驗機上，采用應力比R=0.1，應力峰值σ_max=500MPa的疲勞荷載對鋼絲兩端施加等幅軸拉荷載，記錄試件的疲勞壽命,不斷調整直到連續三根試件在同樣的σ_max作用下，疲勞壽命均介于200000～500000次之間,此時的疲勞荷載稱為試驗荷載；

（3）制備檢測試件的預裂紋

采用步驟（2）所確定的試驗荷載對步驟（1）所制的鋼絲試件進行疲勞加載，在試件表面涂抹肥皂水，以肥皂水冒泡作為預裂紋出現的判據；

（4）進行裂紋擴展試驗

采用步驟（2）所確定的試驗荷載對步驟（3）制得的預裂紋試件進行疲勞試驗，采用應力比不變，應力幅為2σ_max的疲勞荷載對試件進行疲勞試驗，疲勞荷載、試驗荷載兩者反復交替加載，直到檢測試件徹底斷裂；

（5）測量疲勞條紋

采用掃描電鏡方法測量冷拔高強鋼絲試件斷面上各條疲勞條紋的寬度Δa，則在形成疲勞條紋時的平均裂紋擴展速率為：

da/dN=Δa/100???(1)式中：da/dN為裂紋擴展速率，

測量疲勞條紋的平均裂紋長度a，按公式(2)計算應力強度因子幅ΔK:

ΔK=1.8σmaxπaY(aD)---(2)]]>

上式中的Y(a/D)采用有限元法按實際裂紋形狀建模計算或按下式簡化計算，其中的D為鋼絲試件的直徑，

Y(aD)=0.7282-2.1425(aD)+18.082(aD)2-49.385(aD)3+66.114(aD)4---(3)]]>

（6）計算Paris公式的材料參數

由鋼絲斷裂面上的每個疲勞條紋得到一對(da/dN，ΔK)數據，通過對多個試件進行疲勞試驗和數據測量，得到一系列的(da/dN，ΔK)數據，將所有數據繪制在da/dN-ΔK雙對數坐標圖上，并采用最小二乘法對數據點進行曲線擬合，得到Paris公式的相關計算參數，

dadN=CΔKm---(4)]]>

式中：C、m為與材料有關的參數，可通過對測量數據最小二乘法處理得到；

(7)根據Paris公式計算在冷拔高強鋼絲對應任意給定的裂紋長度a和疲勞應力幅Δσ的裂紋擴展速率

dadN=C(ΔσπaY(aD))m---(5)]]>式中：Δσ=(1-R)σ_max。