[发明专利]钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法

权利要求书

1.一种钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于：所述测试方法包括如下步骤：

A、制备钢箱梁结构件试样

a1)根据被测钢箱梁的实际尺寸进行等比例缩小，按照被测钢箱梁实物结构的组成及焊接工艺加工等比例缩小的钢箱梁试样；

a2)在钢箱梁试样上确定危险截面，在危险截面上加工机械缺口；

a3)在机械缺口的前端加工供安装裂纹张开位移夹规的槽；

B、裂纹长度a标定

b1)在危险截面上粘贴标定板，标定板上设置有确定尺寸的图形；

b2)将钢箱梁试样置于疲劳试验机上且危险截面朝下，然后将视频摄像机伸入危险截面正下方固定；

b3)视频摄像机拍摄标定板上的图形获得图像图形，测量图像图形上的尺寸，将图像图形的尺寸除以标定板上图形的尺寸得到图像的比例尺，并将比例尺输入图像采集分析软件；

b4)对疲劳试验机施加多级静载，使裂纹扩展逐级伸长，每一级静载下，读取裂纹张开位移夹规COD读数，并且通过视频摄像机进行拍照记录每一级静载下的裂纹扩展路径图片，在图像采集分析软件中测量每一级的裂纹长度a；

b5)依据步骤b4)绘制COD-a曲线，确定COD读数与裂纹长度a的函数关系a＝f(COD)，完成裂纹长度a的标定过程；

C、疲劳裂纹扩展速率试验

c1、根据静载试验确定钢箱梁试样在各加载阶段的最大载荷F_maxⁱ和最小载荷F_minⁱ；

c2、更换钢箱梁试样，启动疲劳试验，在各加载阶段实时记录裂纹张开位移夹规COD读数和疲劳次数N_i，根据采集的COD读数及标定的函数关系a＝f(COD)得出疲劳试验过程中各加载阶段实时的裂纹长度a_i；根据各加载阶段实时的裂纹长度a_i和对应的疲劳次数N_i、根据公式(da/dN)_i＝(a_i-a_i-1)/(N_i-N_i-1)，计算得到各加载阶段的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)_i；

c4、根据各加载阶段的实时实时的裂纹长度a_i，计算出各加载阶段实时的应力强度因子K_maxⁱ和K_minⁱ，K_maxⁱ与K_minⁱ作差得到各加载阶段实时的应力强度因子幅值ΔK_i；

D、疲劳裂纹扩展速率试验数据处理

以计算得到的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)_i和应力强度因子幅值ΔK_i为原始数据绘制(da/dN)_i-ΔK_i曲线，对该曲线的纵坐标和横坐标分别取对数，并对原始数据进行幂函数拟合得到拟合方程为da/dN＝cΔKⁿ，即为疲劳裂纹扩展速率试验测试结果Paris公式。

2.根据权利要求1所述的钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于：所述步骤B中b1)具体过程如下：在钢箱梁试样的危险截面上喷涂白色哑光底漆，待漆干后，在危险截面上预设的裂纹扩展路径周围粘贴标定板，并在标定板上设置有圆形点矩阵，且横向相邻两圆形点的圆心之间的距离为L，纵向相邻两圆形点的圆心之间的距离为P；所述步骤B中b3)具体过程如下：截取标定板上横向n个圆形点和纵向n个圆形点组成的图形，计算出图形的横向圆形点圆心之间和纵向圆形点圆心之间的实际尺寸；视频摄像机拍摄标定板上的图形获得图像图形，测量图像图形上横向圆形点圆心之间和纵向圆形点圆心之间的图像尺寸，将图像尺寸除以实际尺寸得到图像的比例尺，并将比例尺输入图像采集分析软件。

3.根据权利要求1所述的钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于：所述步骤B中b4)每一级静载下，读取裂纹张开位移夹规COD读数后，保持载荷不变的情况下，在裂纹尖端注射蓝色墨水，蓝色墨水一直扩展到裂纹末端，通过视频摄像机进行拍照，记录每一级静载下的裂纹扩展路径图片，在图像采集分析软件中测量裂纹长度a。

4.根据权利要求1所述的钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于：所述步骤C中c4)根据载荷条件及钢箱梁试样危险截面的几何形态，查询《应力强度因子手册》，确定应力强度因子K值的计算公式其中F为形状系数，σ为裂纹尖端应力，a为裂纹长度；根据各加载阶段的最大载荷F_maxⁱ和最小载荷F_minⁱ求得各加载阶段的σ_maxⁱ和σ_minⁱ，并将各加载阶段实时的裂纹长度a_i，代入应力强度因子K值的计算公式中，求得各加载阶段实时的K_maxⁱ和K_minⁱ，K_maxⁱ与K_minⁱ作差得到各加载阶段实时的应力强度因子幅值ΔK_i；

若钢箱梁试样结构复杂且裂纹位置特殊、无法在《应力强度因子手册》中查询到K值计算模型时，则用有限元软件建立钢箱梁模型，计算各加载阶段实时的裂纹长度对应的K_maxⁱ和K_minⁱ，K_maxⁱ与K_minⁱ作差得到各加载阶段实时的应力强度因子幅值ΔK_i。