[發明專利]一種測定疲勞裂紋擴展速率的方法及裝置

有效

• 申請號: 201910084927.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109580397B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 岑耀東;陳林;包喜榮;郭瑞華;張建飛;周慶飛;崔健偉
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/02;G01N1/28
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王海燕

本發明公開了一種測定疲勞裂紋擴展速率的方法及裝置，將C(T)試樣的開口端一側位置部分延長，伸出端部分為菜刀狀，伸出端最下面部分與預制裂紋在同一平面上，伸出端底部支架上設置兩個高精度位移傳感器，在疲勞裂紋實驗過程中的任意開口度最大時刻，伸出端下面與裂紋尖端A成為一個直角三角形△ACC₂，位移傳感器的測試點與水平線也可以形成一個三角形△B₁C₁C₂，對于△ACC₂和△B₁C₁C₂符合相似三角形關系，通過位移傳感器時刻記錄伸出端的位移數據，再通過相似三角形即可算的裂紋的增長量，與目前測定C(T)試樣疲勞裂紋擴展速率的方法主要為CCD相機攝像位移或采用引伸計記錄位移相比，實驗結果精度高。

技術領域

本發明屬于光工程材料和疲勞斷裂力學研究領域，具體涉及一種測定疲勞裂紋擴展速率的方法及裝置。

背景技術

在材料疲勞裂紋擴展試驗中，常使用目測法測量裂紋長度或者測定試樣疲勞裂紋的擴展速率，疲勞裂紋擴展速率指交變應力每循環一次裂紋長度的增加量，也是C(T)試樣在疲勞載荷作用下，裂紋長度a隨循環周次N的變化率，指通常用da/dN表示，式中a為裂紋長度，N為應力循環次數，dN表示交變應力單位循環，da/dN對于估算裂紋體疲勞壽命有重要作用。

根據中華人民共和國國家標準GB/T6398-2017中《金屬材料疲勞試驗疲勞裂紋擴展方法》第3節“術語和定義”的規定，裂紋長度a表示從參考平面到裂紋尖端的主平面尺寸的線性量度，循環N表示循環性重復作用的力、應力等最小的時間段，也用于表示經歷的循環次數，疲勞裂紋擴展速率da/dN表示單位循環對應的疲勞裂紋長度的擴展量。因此，對于本發明中提到的各項名詞，如有理解困難之處，均以上述國家標準為準。

目前測定C(T)試樣疲勞裂紋擴展速率的方法主要為CCD相機攝像位移或采用引伸計記錄位移，也有部分試驗人員每隔一定時間暫停試驗機，用游標卡尺測量裂紋長度，但這些方法都存在計算復雜或精度不準的問題，且裂紋長度不便觀察、誤差可能性大；而使用柔度法測量裂紋長度，多用夾式引伸計檢測裂紋張開位移，其使用時與試件直接接觸，加持位置的錯動，試驗件的震動，會影響標定精度；依據圖像處理技術隨之產生的非接觸式視頻引伸計，能夠實現在與試件不接觸條件下采集裂紋張開位移信息，但存在未能實時采集動態裂紋張開位移數據的不足。

發明內容

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出了一種測定疲勞裂紋擴展速率的方法及裝置。

技術方案

一種測定疲勞裂紋擴展速率的方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1、C型試樣的制備：在C型試樣的兩端分別開設加載固定孔，并在C型試樣的中部開設預制裂紋，同時在C型試樣的開口端一側設置伸出端，且伸出端為菜刀狀，伸出端最下面部分與預制裂紋在同一平面上；

步驟2、將制備的C型試樣固定在加載裝置上；

步驟3、在靜載條件下，記錄下初始位置數據，包括兩個位移傳感器與預制裂紋水平面的垂直距離b，第一位移傳感器與第二位移傳感器的水平距離L1，E點與第二位移傳感器的水平距離L，第一位移傳感器與伸出端最下面的交叉點記為B，第二位移傳感器與伸出端最下面的交叉點記為C；

步驟4、啟動加載裝置，對C型試樣進行循環加載，循環周次記作N，兩個位移傳感器時刻記錄伸出端的相應位移，同時記錄以下數據并輸送至計算機系統：