[发明专利]双向疲劳裂纹扩展速率测试方法及测试系统

权利要求书

1.一种双向疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于，包括：

选择长方体试件；

在试件表面的中心位置预制半圆形缺口；

将带有半圆形缺口的试件夹持在疲劳试验机的上下夹头上，使半圆形缺口到上下夹头的距离相同；

施加交变载荷在所述试件上预制疲劳裂纹；

采用恒定等幅循环载荷进行疲劳裂纹扩展试验，试验中施加标识载荷以在断口上留下供判读的标识线，直至试件断裂；

在工具显微镜下进行断口判读，获取标识线沿试件宽度方向的半长a、标识线沿试件厚度方向的深度c；

确定所述标识线对应的交变载荷循环数N；

利用计算确定标识线条数，其中，[]表示取整，N_tot为试件断裂时的载荷循环数，ΔN为一个由正式试验载荷与标识载荷构成的二级块谱中正式试验载荷的循环数，ΔM为一个由正式试验载荷与标识载荷构成的二级块谱中标识载荷的循环数；

利用求取夹持边界条件下表面裂纹的应力强度因子，其中，σ为远端拉应力，E(k)为第二类完全椭圆积分，F_I为形状系数，H为与裂纹形状相关的系数，M为夹持边界引起的附加弯矩，w为试件半宽，t为试件厚度，2h为试件长度减去夹持段长度后的净长度，υ为泊松比，θ为标识线上的点与中心点连线与试件长边的夹角；

确定表面裂纹沿试件宽度方向的顶点A和沿试件厚度方向的顶点B，根据第i条标识线沿试件宽度方向的半长a_i、第i条标识线沿试件厚度方向的深度c_i和对应的交变载荷循环数N_i(i＝m,m-1,...,1)；采用Pairs公式进行疲劳裂纹扩展速率估计，确定沿试件宽度、厚度两个方向的疲劳裂纹扩展速率参数n_A、C_A、n_B、C_B。

2.如权利要求1所述的双向疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于，

所述半圆形缺口通过电火花放电或机械切割的方式加工，

在平行于试件宽边的方向上，所述半圆形缺口的半径为0.5～1.0mm；在平行于试件长边的方向上，所述半圆形缺口的长度在0.3mm以下。

3.如权利要求1所述的双向疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于，当所述试件夹持在所述疲劳试验机的上下夹头上时，试件的中心线与夹头轴线重合。

4.如权利要求1所述的双向疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于，所述施加交变载荷在所述试件上预制疲劳裂纹，包括：

在疲劳试验机上设置交变载荷，交变载荷的峰值高于所述恒定等幅循环载荷的最大值；

采取逐级降载方法预制疲劳裂纹；

当从所述半圆形缺口左顶点、右顶点均产生沿水平方向长为0.3～1.0mm的裂纹时，停止预制疲劳裂纹。

5.如权利要求1所述的双向疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于，所述采用恒定等幅循环载荷进行裂纹扩展试验，试验中施加标识载荷以在断口上留下供判读的标识线，直至试件断裂，包括：

确定恒定等幅循环载荷的应力比R和峰值应力σ_max；

确定标识载荷的应力比R′和峰值应力σ′_max；

构建包含ΔN次交变载荷与ΔM次标识载荷的交替循环的二级块谱；

对试件施加所述二级块谱，直至试件断裂，断口上会留下供判读的标识线。

6.如权利要求5所述的双向疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于，所述标识载荷的幅值为所述交变载荷幅值的25％～35％。