[發明專利]一種中低速沖擊載荷下I型裂紋動態止裂韌度測試方法

在審

• 申請號: 201810061611.5
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108507887A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 朱哲明;汪小夢;王蒙;周磊;應鵬
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G01N3/06;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.此發明是基于中低速沖擊載荷下的I型裂紋動態止裂韌度的測試方法。主要特征在于，基于中低速沖擊載荷下I型裂紋動態止裂韌度測試方法所利用的V型邊界側開單裂紋半孔板試樣和中低速落錘沖擊實驗裝置，將測得的電信號通過數據采集系統采集，并通過后續數據處理將電壓值轉換成壓力值，數據文件儲存為表格，存儲內容為時間值及對應的壓力值；將此壓力時程曲線導入有限元程序ABAQUS；在有限元軟件中一比一建立模型后，其中試件尺寸、材料參數及本構關系等與試驗一致，將上述所得的壓力時程曲線設置為載荷邊界；而后使用位移外推法計算試樣的動態應力強度因子，即根據I型裂紋近場位移與應力強度因子的關系：進而得到應力強度因子與裂紋面上點的位移關系：其中裂紋面上A和B點的位移u(r_OA,+π,t)和u(r_OB,+π,t)可以通過有限元軟件計算得到，然后利用上述公式即可得到應力強度因子的時程曲線，再根據實驗所測得的裂紋止裂時刻，進而可確定裂紋的動態止裂韌度。

2.如權利要求1中所述，在中低速沖擊載荷下I型裂紋動態止裂韌度測試方法，該中低速沖擊荷載下I型裂紋動態止裂韌度測試方法包括以下步驟：

第一步，采用自行提出特別設計的V型邊界側開單裂紋半孔板，材質為砂巖材料；試樣尺寸為：a＝25mm，L₁＝37.5mm，L₂＝287.5mm，H＝100mm，D＝37.5mm，試件厚度B＝20mm，底邊角度為α，彈性模量12.5GPa，泊松比0.26；密度ρ＝2.350g/cm³，抗拉強度σ_t＝30MPa。

第二步，借助于中低速落錘沖擊實驗裝置，使用數據采集系統進行數據采集，采樣頻率為10MHz，即1微秒采集10個數據點。裂紋擴展計所測出的電信號，用于裂紋斷裂過程記錄及止裂時刻的確定。具體原理為，裂紋擴展計沿著裂紋擴展路徑粘貼在試件表面，且絲柵垂直于裂紋，并將第一根絲柵與裂紋尖端重合，裂紋尖端盡量位于裂紋擴展計絲柵的中間位置，裂紋擴展計絲柵會隨著裂紋的擴展而依次斷裂，絲柵逐根斷裂會導致裂紋擴展計的電阻增大，從而致使其電壓信號發生階躍式的變化。

由上文所述可知，通過數據采集系統，采集到的電壓信號是階梯狀變化的曲線，每一次的突變代表著某根絲柵的斷裂，將電壓信號對時間求導，其導數的極值時刻即為裂紋擴展至此根絲柵時刻，當裂紋擴展至某處，發生止裂現象時，電壓信號呈現為無階躍性變化，此時刻t_a，即為裂紋止裂時刻；進而借助有限元軟件，建立一比一的數值模型，將壓力時程曲線作為荷載，輸入到數值計算模型中，得到應力強度因子時程曲線，根據上述得到的時刻t_a可確定裂紋的動態止裂韌度。