[发明专利]一种测量焊接板件垂直于焊缝方向的本征疲劳裂纹扩展速率的方法

权利要求书

1.一种测量焊接板件垂直于焊缝方向的本征疲劳裂纹扩展速率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤，

第一步、测量焊接板件平行于焊缝方向的纵向残余应力；

第二步、加工试件：将焊接板件加工为裂纹扩展方向垂直于焊缝的紧凑拉伸试件，其具体尺寸应符合测量疲劳裂纹扩展速率的标准ASTM E647的要求；

第三步、结合试件的尺寸，计算不同裂纹长度下残余应力应力强度因子；

第四步、通过残余应力叠加模型，并结合给定的恒定应力强度因子变程和恒定有效应力比，计算出不同裂纹长度下所应施加的外加载荷；

第五步、在第四步得出的外加载荷下进行疲劳裂纹扩展试验，确定焊接板件在给定的恒定应力强度因子变程和恒定有效应力比下的本征疲劳裂纹扩展速率。

2.根据权利要求1所述的一种测量焊接板件垂直于焊缝方向的本征疲劳裂纹扩展速率的方法，其特征在于：所述第四步的具体计算过程为，

基于残余应力的叠加模型，残余应力仅对有效应力比R_eff产生影响，即

ΔK_tot＝K_tot,max-K_tot,min＝(K_app,max+K_res)-(K_app,min+K_res)＝ΔK_app(1)

$R_{eff}=\frac{K_{app,min}+K_{res}}{K_{app,\max }+K_{res}}---\left(2\right)$

其中，ΔK_tot为总应力强度因子变程，K_tot,max为总应力强度因子的最大值，K_tot,min为总应力强度因子的最小值；ΔK_app为外加应力强度因子变程，K_app,max为外加应力强度因子的最大值，K_app,min为外加应力强度因子的最小值；R_eff为有效应力比；

给定试验过程中恒定应力强度因子变程ΔK_app,const和恒定有效应力比R_eff,const，并结合残余应力叠加模型，计算出不同裂纹长度下所应施加的外加应力强度因子K_app的最大值和最小值如下：

$K_{app,max}=\frac{{\mathrm{\ΔK}}_{app,const}}{1-R_{eff,const}}-K_{res}---\left(3\right)$

$K_{app,\min }=\frac{{\mathrm{\ΔK}}_{app,const}}{1-R_{eff,const}}-K_{res}-{\mathrm{\ΔK}}_{app,const}---\left(4\right)$

故而对于紧凑拉伸试样不同裂纹长度下外加载荷P通过下式计算获得：

$P=K_{app}B\sqrt{W}\frac{{(1-\mathrm{\α})}^{3/2}}{(2+\mathrm{\α})}{(0.886+4.64\mathrm{\α}-13.32{\mathrm{\α}}^2+14.72{\mathrm{\α}}^3-5.6{\mathrm{\α}}^4)}^{-1}---\left(5\right)$

其中，W为试件宽度，B为试件厚度，α为试件裂纹长度与试件宽度之比。