[發明專利]一種測量焊接板件垂直于焊縫方向的本征疲勞裂紋擴展速率的方法

在審

• 申請號: 201611035960.7
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106596261A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 鮑蕊;許耀午;劉浩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種測量焊接板件垂直于焊縫方向的本征疲勞裂紋擴展速率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟，

第一步、測量焊接板件平行于焊縫方向的縱向殘余應力；

第二步、加工試件：將焊接板件加工為裂紋擴展方向垂直于焊縫的緊湊拉伸試件，其具體尺寸應符合測量疲勞裂紋擴展速率的標準ASTM E647的要求；

第三步、結合試件的尺寸，計算不同裂紋長度下殘余應力應力強度因子；

第四步、通過殘余應力疊加模型，并結合給定的恒定應力強度因子變程和恒定有效應力比，計算出不同裂紋長度下所應施加的外加載荷；

第五步、在第四步得出的外加載荷下進行疲勞裂紋擴展試驗，確定焊接板件在給定的恒定應力強度因子變程和恒定有效應力比下的本征疲勞裂紋擴展速率。

2.根據權利要求1所述的一種測量焊接板件垂直于焊縫方向的本征疲勞裂紋擴展速率的方法，其特征在于：所述第四步的具體計算過程為，

基于殘余應力的疊加模型，殘余應力僅對有效應力比R_eff產生影響，即

ΔK_tot＝K_tot,max-K_tot,min＝(K_app,max+K_res)-(K_app,min+K_res)＝ΔK_app(1)

$R_{eff}=\frac{K_{app,min}+K_{res}}{K_{app,\max }+K_{res}}---\left(2\right)$

其中，ΔK_tot為總應力強度因子變程，K_tot,max為總應力強度因子的最大值，K_tot,min為總應力強度因子的最小值；ΔK_app為外加應力強度因子變程，K_app,max為外加應力強度因子的最大值，K_app,min為外加應力強度因子的最小值；R_eff為有效應力比；

給定試驗過程中恒定應力強度因子變程ΔK_app,const和恒定有效應力比R_eff,const，并結合殘余應力疊加模型，計算出不同裂紋長度下所應施加的外加應力強度因子K_app的最大值和最小值如下：

$K_{app,max}=\frac{{\mathrm{\ΔK}}_{app,const}}{1-R_{eff,const}}-K_{res}---\left(3\right)$

$K_{app,\min }=\frac{{\mathrm{\ΔK}}_{app,const}}{1-R_{eff,const}}-K_{res}-{\mathrm{\ΔK}}_{app,const}---\left(4\right)$

故而對于緊湊拉伸試樣不同裂紋長度下外加載荷P通過下式計算獲得：

$P=K_{app}B\sqrt{W}\frac{{(1-\mathrm{\α})}^{3/2}}{(2+\mathrm{\α})}{(0.886+4.64\mathrm{\α}-13.32{\mathrm{\α}}^2+14.72{\mathrm{\α}}^3-5.6{\mathrm{\α}}^4)}^{-1}---\left(5\right)$

其中，W為試件寬度，B為試件厚度，α為試件裂紋長度與試件寬度之比。