[發明專利]基于單邊裂紋中心孔楔入式試樣的測定方法

有效

• 申請號: 202110790567.3
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113466020B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 巫元俊;包陳;徐習凱;蔡力勛
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

本發明公開了一種基于單邊裂紋中心孔楔入式試樣的測定方法，其包括設置單邊裂紋中心孔楔式樣、開口銷和底座的對應位置，利用楔形壓桿對式樣進行I型裂紋加載；獲取單邊裂紋中心孔楔入式試樣的加載方向的位移和單邊裂紋中心孔楔入式試樣的加載方向的力，并繪制單邊裂紋中心孔楔入式試樣的尖裂紋載荷位移曲線；獲取單邊裂紋中心孔楔入式試樣的鈍裂紋加載參數，通過有限元計算，得到單邊裂紋中心孔楔入式試樣的鈍裂紋載荷位移曲線；對采集到的參數進行處理計算得到單邊裂紋中心孔楔入式試樣的材料的等效應力應變曲線和斷裂韌性值。本發明提高了測量結果的精確度，數據處理簡單，成本低，便于普及應用。

技術領域

本發明涉及材料延性斷裂韌性評估領域，具體涉及一種基于單邊裂紋中心孔楔入式試樣的測定方法。

背景技術

在石油化工、核電、航空航天等領域中，存在大量的在高溫高壓、輻照等條件下服役的構件，隨著時間的增長，材料勢必發生蠕變、氧化、腐蝕等現象，造成材料的劣化和損傷，如何進行材料的可靠性和安全性評定具有重要意義。傳統的方法是對服役構件進行無損檢測或者取樣試驗，無損檢測能對結構的均勻性和微缺陷進行檢測，但無法定量給出材料的許多力學性能參數，如屈服強度、抗拉強度和斷裂韌性等；試驗取樣具有破壞性，傳統試樣尺寸一般較大，對服役構件損傷過大，難以實現材料性能測試。20世紀80年代，Baik等人首次提出使用小沖桿法來評定材料的力學性能，這種方式僅對結構產生微損，因而小沖桿試驗方法為“微損檢測”，并能定量獲取材料的相關力學參量，從而得到了迅速的發展。20世紀90年代，小沖桿試驗方法被擴展應用于各種工程領域。然而傳統的小沖桿試驗方法獲取材料的斷裂韌性，需要預先進行大量實驗來建立基于小沖桿試驗所獲參量與通過大尺寸試樣斷裂試驗所獲的斷裂韌性之間的對應關系，最終通過大量數據的擬合來獲取經驗公式。在之后的改進小沖桿試驗方法中，采用了含裂紋缺口試樣來獲取材料的斷裂韌性，并可通過直接計算法獲取斷裂韌性。然而由于其構型和加載方式的限制，其加載方式與常規I型斷裂有所差異。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的基于單邊裂紋中心孔楔入式試樣的測定方法解決了傳統方法檢測結果精確度低的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

提供一種基于單邊裂紋中心孔楔入式試樣的測定方法，其包括以下步驟：

S1、將成對凸起的開口銷設置在底座上，并將單邊裂紋中心孔楔入式試樣的裂紋穿過開口銷的凸起放置在開口銷上；

S2、將楔形壓桿對準開口銷的凸起之間的間隙，對單邊裂紋中心孔楔入式試樣進行楔入I型裂紋加載，并獲取楔入加載方向的位移和楔入加載方向的力；

S3、通過楔入加載方向的位移和楔入加載方向的力，計算得到單邊裂紋中心孔楔入式試樣的加載方向的位移和單邊裂紋中心孔楔入式試樣的加載方向的力，并繪制單邊裂紋中心孔楔入式試樣的尖裂紋載荷位移曲線；

S4、獲取單邊裂紋中心孔楔入式試樣的鈍裂紋加載參數，通過有限元計算，得到單邊裂紋中心孔楔入式試樣的鈍裂紋載荷位移曲線；載荷即單邊裂紋中心孔楔入式試樣的加載方向的力，位移即單邊裂紋中心孔楔入式試樣的加載方向的位移；

S5、計算鈍裂紋載荷位移曲線線性區域的斜率，得到未擴展時單邊裂紋中心孔楔入式試樣的柔度，即初始柔度；通過同一位移上尖裂紋加載方向的力、鈍裂紋加載方向的力和初始柔度計算得到實時柔度；

S6、獲取初始裂紋長度，并通過初始裂紋長度和初始柔度計算單邊裂紋中心孔楔入式試樣的材料彈性模量，結合實時柔度和材料彈性模量計算得到實時裂紋長度；

S7、對單邊裂紋中心孔楔入式試樣未擴展前的尖裂紋載荷位移曲線進行位移采樣，并通過實時裂紋長度計算單邊裂紋中心孔楔入式試樣的加載方向的彈性位移和塑形位移；

S8、通過塑形位移計算得到單邊裂紋中心孔楔入式試樣的材料應變硬化系數N和單邊裂紋中心孔楔入式試樣的材料應力硬化指數K；