[發(fā)明專利]一種I型裂紋的應(yīng)力強度因子測定方法

有效

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• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN107064288B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛楠;曾晨暉;邊智;胡騰越;孫勝;邵將;杜鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空綜合技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N27/83
• 分類號: G01N27/83
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發(fā)明是一種I型裂紋的應(yīng)力強度因子測定方法，該方法的步驟如下：步驟一、采用無損檢測技術(shù)確定結(jié)構(gòu)中I型裂紋的位置，然后測量I型裂紋的表面長度α_L；步驟二、沿I型裂紋的表面長度α_L，測量I型裂紋的埋藏深度α_D；步驟三、對結(jié)構(gòu)中的I型裂紋進行受力分析，確定外加應(yīng)力σ；步驟四、根據(jù)步驟一、步驟二中確定的I型裂紋的幾何特征，通過查詢相關(guān)材料手冊獲得I型裂紋的形狀因子Y；步驟五、以I型裂紋的表面長度α_L、埋藏深度α_D、外加應(yīng)力σ和形狀因子Y作為輸入，采用解析計算法/數(shù)值法求解I型裂紋的應(yīng)力強度因子。該方法工序簡單但精度很高，能夠有效提高I型應(yīng)力強度因子計算結(jié)果的精度和置信度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種I型裂紋的應(yīng)力強度因子測定方法，屬于測量測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

應(yīng)力強度因子作為裂紋尖端應(yīng)力場強度的度量，是進行結(jié)構(gòu)的剩余強度安全評定、壽命估算、失效分析和材料斷裂韌性測量的重要力學(xué)參量。I型裂紋是工程上最為常見也最為危險的裂紋形式，如何計算I型裂紋的應(yīng)力強度因子K_I是斷裂力學(xué)中的重要問題。

應(yīng)力強度因子K_I與外加應(yīng)力σ、裂紋尺寸α和形狀因子Y有關(guān)，即：

K_I＝Y(jié)σ√α

其中裂紋尺寸α不僅是求解K_I的輸入，同時也決定了形狀因子Y的取值，是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)。

相比實驗室階段，工程中獲取裂紋尺寸α要更為復(fù)雜。工程結(jié)構(gòu)中裂紋尺寸α包括表面裂紋長度α_L和裂紋深度α_D這兩組維度的信息，其中裂紋深度α_D通常是肉眼不可見的，測量困難；并且裂紋深度α_D沿表面長度α_L方向的分布特征也不盡相同。要在不破壞工程結(jié)構(gòu)完整性的前提下準(zhǔn)確描述裂紋尺寸α的完整特征是一個亟待解決的技術(shù)難題，這也嚴重限制了K₁在工程中的應(yīng)用。

無損檢測技術(shù)能夠在不損害被檢測對象的結(jié)構(gòu)與使用性能的前提下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在引起的熱、聲、光、電和磁等參量的變化，以物理或化學(xué)的方法為手段，借助現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備器材，對被檢測對象內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)及缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。

無損檢測技術(shù)的檢測原理不同，對裂紋尺寸α不同維度信息的感知程度也不相同。因此通過優(yōu)選并組合合適的無損檢測技術(shù)測定工程結(jié)構(gòu)中裂紋尺寸α，可以有效抑制非相關(guān)維度信息的干擾，能夠更為準(zhǔn)確地描述結(jié)構(gòu)裂紋的真實特征；進而將測量結(jié)果作為應(yīng)力強度因子K_I求解方法的輸入，可以大幅度計算結(jié)果的精度與置信度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對已有技術(shù)的不足之處，提出了一種I型裂紋的應(yīng)力強度因子測定方法，其目的是實時快速地掌握I型裂紋的應(yīng)力強度因子分布特征，能夠為工程結(jié)構(gòu)檢驗維修方案的制定提供更加合理且更有針對性的指導(dǎo)，提高了工程結(jié)構(gòu)服役的安全性和可靠性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

該種I型裂紋的應(yīng)力強度因子測定方法中，所述I型裂紋是指承受垂直于裂紋面的正應(yīng)力作用，裂紋面的位移垂直于正應(yīng)力方向的張開型裂紋，其特征在于：該方法的步驟為：

步驟一、采用無損檢測技術(shù)確定結(jié)構(gòu)中I型裂紋的位置，然后測量I型裂紋的表面長度α_L；

步驟二、沿I型裂紋的表面長度α_L，測量I型裂紋的埋藏深度α_D；

步驟三、對結(jié)構(gòu)中的I型裂紋進行受力分析，確定外加應(yīng)力σ；