[发明专利]一种测量含轴向裂纹圆柱壳裂尖应力强度因子的方法

权利要求书

1.一种测量含轴向裂纹圆柱壳裂尖应力强度因子的方法，其特征在于：所述方法采用投 射式焦散线光学测试系统，该系统包括激光光源(1)、扩束镜(2)、第一成像透镜(3)、第 二成像透镜(4)、三点弯加载装置(5)、CCD相机(7)以及计算机(8)；激光光源(1)发 出的激光透过扩束镜(2)后，经第一成像透镜(3)折射变为平行光，穿过承受三点弯载荷 作用的含轴向裂纹圆柱壳试件(6)后再经过第二成像透镜(4)汇聚，由CCD相机(7)接 收成像，最终将采集的图像传输至计算机(8)；其测量方法包括如下步骤：

1)在圆柱壳试件的下边界中间向内沿轴向开一条边裂纹；

2)将含轴向裂纹圆柱壳试件固定在三点弯加载装置上，使裂纹延长线穿过三点弯装置的 加载头，裂纹距三点弯装置的两个支撑点的距离相同；

3)调节光路，使激光光源发出的光依次穿过扩束镜、第一成像透镜、含轴向裂纹圆柱壳 试件以及第二成像透镜，最终由CCD相机接收光线成像；

4)在试件与第二成像透镜之间放置一分划板，调节CCD相机的位置和焦距，使分划板 上的标记图案在CCD相机视场中间最清晰，然后拍一幅图像，作为参考图像，此时标定每一 毫米在图像中对应多少个像素点，再移除分划板；

5)对试件加载，利用CCD相机连续拍摄不同载荷下的焦散斑图像，同时记录不同焦散 斑图像所对应的载荷值；

6)测量焦散斑特征尺寸所对应的像素，得出焦散斑特征尺寸，所述的特征尺寸是指焦散 斑横向最大直径；

7)由焦散斑特征尺寸得出含轴向裂纹圆柱壳裂尖的应力强度因子：

假设D为焦散斑的特征尺寸，R为圆柱壳的曲率半径，t为圆柱壳的壁厚，则含轴向裂纹 圆柱壳裂尖的应力强度因子K_I表示为：

KI=D5/22.177[1+t(n-1)Rn]3/4|z0||c|t]]>

其中z₀为垂直于光线方向的圆柱壳试件切平面到分划板的距离，c为材料的应力光学常数，n 为材料的折射率。