[发明专利]一种测量金属材料疲劳裂纹扩展门槛值的简易方法

说明书

技术领域

本发明涉及疲劳裂纹扩展技术领域，具体为一种测量金属材料疲劳裂纹扩展门槛值的简易方法。

背景技术

过去的几十年间，损伤容限设计被引入来表征材料的疲劳行为。疲劳裂纹扩展曲线被用来作为疲劳性能的设计。尤其是对于多孔以及夹杂的材料，裂纹扩展阶段所占的疲劳寿命占据了很大的一部分，此时裂纹扩展就显得非常的重要。而疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th作为材料的一个重要性能指标，其具有非常重要的现实意义。

疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th是指在降力（K）试验中，疲劳裂纹扩展速率接近于零或裂纹停止扩展时所对应的裂纹尖端应力强度因子范围，通常定义疲劳裂纹扩展速率等于10^-7mm/cycle所对应的应力强度因子范围值为ΔK_th。

但由于ΔK_th的测量方法并没有统一的规定，导致即使对于同一种状态的材料，用不同方法测量得到的疲劳裂纹扩展门槛值也有所出入。现如今，测量ΔK_th的方法主要来自于ASTM E647-1995a以及GB/T 6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》，而GB/T 6398-2000的主要技术内容与ASM E647-1995a相同，且更为详细和具体。因此将本发明测量疲劳裂纹扩展门槛值的方法与GB/T6398-2000对比即可。

现如今，ΔK_th的测量采用降K程序。在力值比R不变的条件下，用自动或手动控制的降K程序来实现。初始的应力强度因子范围可选择等于或大于预制疲劳裂纹时的最终ΔK值，以后要随着裂纹的扩展而连续降力或分级降力。分级降力时每级力下要使裂纹扩展增量Δa大于上一级K_max（最大应力强度因子,）对应的塑性区尺寸r_y的4～6倍，直至平均裂纹扩展速率Δa/ΔN接近10^-7mm/cycle时，降K试验结束。试验过程中记录每级力或每级应力强度因子范围下的终止裂纹长度a_i和对应的循环数N_i。

随着计算机技术以及自动化技术的迅速发展，恒c条件下的降K程序已经成为可能，其完全由计算机控制，大大的减少了工作量以及节约了试验时间。但是，如何使用恒c条件下的降K程序，还不为人知，而本发明正是为了弥补这一技术空缺而产生，使裂纹扩展门槛值的测定变得简单而高效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量金属材料疲劳裂纹扩展门槛值简单而有效的试验方法。在现有疲劳机设备条件下，计算得出符合国标GB/T 6398-2000的c值。然后利用疲劳机自带的恒c控制的降ΔK程序来测量材料疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th。

本发明的技术解决方案：

一种测量金属材料疲劳裂纹扩展门槛值的简易方法，包括如下步骤：

1.ΔK₁与ΔK_t的选取。

2.单级或多级试验的确立。

3.c值与Δa值的计算。

4.单级或多级试验中c值的输入。

5.ΔK_th的计算。

根据所测材料选取合适的ΔK₁与ΔK_t后，用的比值确定试验为单级还是多级试验，然后通过c值的计算并在试验中向计算机输入相关参数，疲劳试验机接收计算机指令并返回COD（crack opening displacement，裂纹张开位移）规的数据给计算机，计算机根据数据用柔度法计算出裂纹长度，并使用七点递增多项式数据处理方法计算出当前周次的裂纹扩展速率，实验完毕后，将所得到的实验数据进行分析处理求出疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th；其中，ΔK₁代表初始的应力强度因子范围ΔK_t代表通过查所测材料相关文献得到的ΔK_th值c值代表K随裂纹长度增加而变化的相对速率，其表达式为：其中K代表应力强度因子a代表裂纹长度（mm）。Δa代表试验开始到试验结束裂纹长度的改变量（mm）。

所述的测量金属材料疲劳裂纹扩展门槛值的简易方法，具体如下：

1.ΔK₁与ΔK_t的选取：根据所测材料选取合适的ΔK₁与ΔK_t。

2.单级或多级试验的确立：若可以采用单级试验的方法；若则建议采用多级试验的方法。