[發(fā)明專利]雙向疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試方法及測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610977883.0
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106568662B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀小帆;董穎豪;曹淑森;李玉海
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 北京集智東方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11578
• 代理人: 關(guān)兆輝;程立民

1.一種雙向疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試方法，其特征在于，包括：

選擇長方體試件；

在試件表面的中心位置預(yù)制半圓形缺口；

將帶有半圓形缺口的試件夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上，使半圓形缺口到上下夾頭的距離相同；

施加交變載荷在所述試件上預(yù)制疲勞裂紋；

采用恒定等幅循環(huán)載荷進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，試驗(yàn)中施加標(biāo)識載荷以在斷口上留下供判讀的標(biāo)識線，直至試件斷裂；

在工具顯微鏡下進(jìn)行斷口判讀，獲取標(biāo)識線沿試件寬度方向的半長a、標(biāo)識線沿試件厚度方向的深度c；

確定所述標(biāo)識線對應(yīng)的交變載荷循環(huán)數(shù)N；

利用計(jì)算確定標(biāo)識線條數(shù)，其中，[]表示取整，N_tot為試件斷裂時(shí)的載荷循環(huán)數(shù)，ΔN為一個(gè)由正式試驗(yàn)載荷與標(biāo)識載荷構(gòu)成的二級塊譜中正式試驗(yàn)載荷的循環(huán)數(shù)，ΔM為一個(gè)由正式試驗(yàn)載荷與標(biāo)識載荷構(gòu)成的二級塊譜中標(biāo)識載荷的循環(huán)數(shù)；

利用求取夾持邊界條件下表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子，其中，σ為遠(yuǎn)端拉應(yīng)力，E(k)為第二類完全橢圓積分，F(xiàn)_I為形狀系數(shù)，H為與裂紋形狀相關(guān)的系數(shù)，M為夾持邊界引起的附加彎矩，w為試件半寬，t為試件厚度，2h為試件長度減去夾持段長度后的凈長度，υ為泊松比，θ為標(biāo)識線上的點(diǎn)與中心點(diǎn)連線與試件長邊的夾角；

確定表面裂紋沿試件寬度方向的頂點(diǎn)A和沿試件厚度方向的頂點(diǎn)B，根據(jù)第i條標(biāo)識線沿試件寬度方向的半長a_i、第i條標(biāo)識線沿試件厚度方向的深度c_i和對應(yīng)的交變載荷循環(huán)數(shù)N_i(i＝m,m-1,...,1)；采用Pairs公式進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率估計(jì)，確定沿試件寬度、厚度兩個(gè)方向的疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)n_A、C_A、n_B、C_B。

2.如權(quán)利要求1所述的雙向疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試方法，其特征在于，

所述半圓形缺口通過電火花放電或機(jī)械切割的方式加工，

在平行于試件寬邊的方向上，所述半圓形缺口的半徑為0.5～1.0mm；在平行于試件長邊的方向上，所述半圓形缺口的長度在0.3mm以下。

3.如權(quán)利要求1所述的雙向疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試方法，其特征在于，當(dāng)所述試件夾持在所述疲勞試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭上時(shí)，試件的中心線與夾頭軸線重合。

4.如權(quán)利要求1所述的雙向疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試方法，其特征在于，所述施加交變載荷在所述試件上預(yù)制疲勞裂紋，包括：

在疲勞試驗(yàn)機(jī)上設(shè)置交變載荷，交變載荷的峰值高于所述恒定等幅循環(huán)載荷的最大值；

采取逐級降載方法預(yù)制疲勞裂紋；

當(dāng)從所述半圓形缺口左頂點(diǎn)、右頂點(diǎn)均產(chǎn)生沿水平方向長為0.3～1.0mm的裂紋時(shí)，停止預(yù)制疲勞裂紋。

5.如權(quán)利要求1所述的雙向疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試方法，其特征在于，所述采用恒定等幅循環(huán)載荷進(jìn)行裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，試驗(yàn)中施加標(biāo)識載荷以在斷口上留下供判讀的標(biāo)識線，直至試件斷裂，包括：

確定恒定等幅循環(huán)載荷的應(yīng)力比R和峰值應(yīng)力σ_max；

確定標(biāo)識載荷的應(yīng)力比R′和峰值應(yīng)力σ′_max；

構(gòu)建包含ΔN次交變載荷與ΔM次標(biāo)識載荷的交替循環(huán)的二級塊譜；

對試件施加所述二級塊譜，直至試件斷裂，斷口上會(huì)留下供判讀的標(biāo)識線。

6.如權(quán)利要求5所述的雙向疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試方法，其特征在于，所述標(biāo)識載荷的幅值為所述交變載荷幅值的25％～35％。