[發(fā)明專利]一種含缺陷交互作用的金屬材料應力集中分析方法

在審

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• 申請日: 2022-08-26
• 公開（公告）號: CN115452218A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 田力男;劉瓏;丁寧;郭衛(wèi)民;許慧霞;徐娜;侯南
• 申請（專利權）人: 山東省分析測試中心
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01N23/046
• 代理公司: 青島潤集專利代理事務所(普通合伙) 37327
• 代理人: 孟慶強

本發(fā)明提供一種含缺陷交互作用的金屬材料應力集中分析方法，以規(guī)避將兩個缺陷等效為一個大缺陷時產生的誤差。上述含缺陷交互作用的金屬材料應力集中分析方法，根據三維結構圖像，獲得缺陷的等效半徑(c)、毗鄰距離(D)和長徑比(R_d)；根據下述公式計算應力集中系數，公式1：通過上述公式評估缺陷交互作用對應力集中情況的影響。將缺陷的等效半徑和毗鄰距離對應力集中的影響添加至應力集中系數計算中，獲得更合理的應力集中系數值。

技術領域

本發(fā)明涉及材料失效分析與安全評估領域，具體提供一種避免缺陷交互作用影響分析結果的金屬材料應力集中分析方法。

背景技術

在金屬材料中，缺陷會降低材料的塑性變形能力，極易產生局部應力集中。在失效分析的案例中，材料缺陷是導致材料失效的主要方式之一。尤其是材料偏析會造成局部出現大量缺陷，這些缺陷之間會產生交互作用，造成服役材料的提前斷裂失效。因此，評價缺陷的交互作用產生的應力集中對材料的安全服役性能具有重要的作用。

目前，對于應力集中的研究最直接的方法就是利用應變片測量局部性能的變形情況，對于金屬材料來說，應變的增大直接反映測量區(qū)域的應力增大，說明局部產生應力集中。應變片測量法操作簡單，在工程中得到了廣泛地應用。雖然此方法對缺陷的測量結果較準，但是缺陷的各種形狀和尺寸等特征信息不可量化，無法建立材料缺陷與應力集中之間的關系。

為了表征材料應力集中情況，用應力集中系數表示應力集中程度的大小。對于工程中常見的缺陷類型，可以通過查閱《應力集中系數手冊》得到。如橢圓形的缺陷，應力集中系數為Kt＝1+2a/b，a/b為橢圓長軸與短軸之比。對于單一缺陷類型引起的應力集中系數，可根據經驗方程計算。在這個公式中，當R_d取值為零時，即材料內部不含缺陷的情況下，根據經驗公式計算的應力集中系數為零，這顯然和事實是不符的。

對于兩個毗鄰缺陷產生交互作用時引起的應力集中情況，通常將兩個缺陷等效為一個大缺陷來表示，這種方法得到的結果與實際結果存在一定的誤差。這是由于毗鄰缺陷的交互作用主要受毗鄰距離影響，即毗鄰距離越小，應力集中越明顯，而對于大缺陷來說，應力集中在曲率變化較大處，因此在大部分情況來說，采用缺陷等效的方法是不合理的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的是提供一種含缺陷交互作用的金屬材料應力集中分析方法，旨在解決的問題是：對于兩個毗鄰缺陷產生交互作用時引起的應力集中情況，通常將兩個缺陷等效為一個大缺陷來表示，這種方法得到的結果與實際結果存在一定的誤差。

為了解決上述技術問題，對于兩個毗鄰缺陷產生交互作用時引起的應力集中情況，本發(fā)明提供一種新的分析方法，即一種含缺陷交互作用的金屬材料應力集中分析方法，以規(guī)避將兩個缺陷等效為一個大缺陷時產生的誤差。上述含缺陷交互作用的金屬材料應力集中分析方法，用于對含有毗鄰缺陷，即含有相鄰缺陷的待分析的金屬材料樣品進行應力分析，該分析方法通過以下步驟實現：

步驟1：通過掃描儀對金屬材料樣品進行掃描，然后根據掃描結果，利用三維成像軟件重構試樣內部三維結構圖像；

步驟2：根據三維結構圖像，獲得缺陷的等效半徑(c)、毗鄰距離(D)和長徑比(R_d)；

步驟3：列出下述公式1，將上述等效半徑(c)、毗鄰距離(D)和長徑比(R_d)導入公式1中，計算計算應力集中系數，進而評估缺陷交互作用對應力集中情況的影響；

公式1：

優(yōu)選的，所述掃描儀為X射線掃描儀或超聲波掃描儀。