[發明專利]一種基于等效M積分的材料損傷面積標定方法

有效

• 申請號: 201710370438.2
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107101651B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 朱文潔;李群
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01D1/04
• 分類號: G01D1/04;G01B21/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

一種評定復雜缺陷損傷等級的方法，具體是一種基于等效M積分的材料損傷面積標定方法，具體為先選取材料中包圍缺陷的遠場閉合積分路徑C，沿閉合積分路徑C計算缺陷的M積分，所得結果記為M_D；再令M_D等于彈性材料中圓孔缺陷的M積分M_hole，即M_D＝M_hole＝4Aσ²/E，其中，A為圓孔面積，σ為外載荷，E為材料彈性模量；再將材料中的缺陷的等效面積記為A_D，則由步驟二可得，M_D＝M_hole＝4A_Dσ²/E，得A_D＝M_DE/(4σ²)；最后根據步驟三得到的材料中的缺陷的等效面積A_D的大小判斷材料的損傷程度。本發明方法適用于各種不同的缺陷及缺陷群，能夠對于不同的缺陷形貌進行損傷程度分級，其標定過程簡單方便，可用于評估航天、航空、機械等領域各種形式的材料損傷與結構完整性。

【技術領域】

本發明涉及一種評定材料缺陷損傷等級的方法，特別涉及一種基于等效M積分的材料損傷面積標定方法。

【背景技術】

材料或構件在使用中難免會有各類缺陷損傷形成，例如，疲勞損傷、荷載損傷和腐蝕損傷等，即使是全新加工制作的構件也難免有各種缺陷。缺陷可分為材料表面缺陷和材料內部缺陷。通常來講，材料缺陷會使產品等級下降。更為重要的是，無論是表面缺陷還是內部缺陷，都將會給材料、結構帶來嚴重的力學性能下降，引起應力集中現象，從而會非常嚴重地影響材料的使用性能。因而，對材料進行缺陷分析就顯得十分必要，及時對材料或構件的缺陷損傷進行有效標定，有利于減少損失，保障結構安全。

傳統的缺陷標定大多是用人工的方法，使用肉眼(或在放大鏡下)觀測材料，憑借經驗來對缺陷進行評估。但肉眼識別有一定的局限性，對于缺陷的損傷程度我們往往根據其直觀幾何面積判斷，無法對它的實際損傷面積進行標定，例如，一個裂紋的損傷面積，如果按照其幾何面積計算的話，應該為零，這顯然不符合實際損傷情況。又如，幾何面積相同的圓孔缺陷和橢圓孔缺陷對材料造成的損傷卻完全不同。實際上，缺陷對材料的損傷程度來說，裂紋大于橢圓孔，橢圓孔大于圓孔。進一步的，對于多個復雜缺陷的情況，缺陷的尺寸和形狀變化很大，人工分類比較困難，也無法表征缺陷間的相互干涉作用。因此，通過直觀觀測缺陷幾何面積判斷實際損失程度，往往缺乏準確性，工程實用差。

傳統的人工標定方法已經不能適應現代工業生產對缺陷檢測分析和評估的要求。目前應用較多的缺陷檢測及質量分級辦法中，最具代表性的是無損檢測，其原理為：利用物質的某些物理性質因存在缺陷或組織結構上的差異使其物理量發生變化這一現象，在不損傷被檢物質使用性能及形態的前提下，通過測量這些物理量的變化來了解和評價被檢測的材料，是針對產品和設備構件的性質、狀態、質量或內部結構等的一種特殊的檢測技術。常用的無損檢測方法包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測等。