[发明专利]采用压-压循环载荷预制裂纹的裂纹扩展门槛值测试方法

说明书

本发明属于疲劳裂纹扩展测试技术领域，涉及一种采用压‑压循环载荷预制裂纹的疲劳裂纹扩展门槛值测试方法。该方法包括：设计易于在压‑压循环缩载荷下产生疲劳裂纹的试验件；估算疲劳裂纹循环压缩载荷并施加载荷以产生裂纹；采用有限元方法计算残余拉应力区尺寸；制定裂纹扩展方案使裂纹尖端扩展出由循环压缩载荷产生的残余拉应力区；逐步增加载荷使裂纹扩展开始扩展，测得裂纹扩展门槛值。本发明试验方法简明、高效，较常规门槛值测试方法，测试时间短，并且可避免降载带来的载荷历程效应，测试效率和经济性突出。

技术领域

本发明属于疲劳裂纹扩展测试技术领域，涉及一种采用压-压循环载荷预制裂纹的疲劳裂纹扩展门槛值测试方法。

背景技术

疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th表示：当裂纹扩展驱动力ΔK低于ΔK_th时，不能导致裂纹扩展。疲劳裂纹扩展门槛值是飞机材料力学性能评价中十分重要的参数，在GB/T 6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》中给出了疲劳裂纹扩展门槛值的测定程序。这一程序采用的是拉-拉循环载荷预制裂纹，进一步通过逐级降低载荷来测试疲劳裂纹扩展门槛值，采用这种方法测量门槛值时裂纹尖端将存在残余压应力的塑性区，通常为了使裂纹快速萌生，需采用较大的载荷预制裂纹，此时残余压应力就会很大，相应地对门槛值测量的影响也越大，为了消除这一影响，需要的逐级降载过程就十分长。而当采用较小载荷预制裂纹时，裂纹萌生本身就十分耗时在实际测试中耗时耗力，通常1条疲劳裂纹扩展门槛值数据曲线至少需要15～20天。门槛值作为飞机材料设计用力学性能的重要数据，有大量的测试需求，采用当前的测试方法其效率难以满足设计需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有的疲劳裂纹扩展门槛值测试方法效率过低而设计的一种采用压-压循环载荷预制裂纹的裂纹扩展门槛值测试方法。

本发明的技术解决方案是：

(1)预制裂纹

设计能够在压-压循环载荷下产生疲劳裂纹的试验件，根据试验件材料的弹性模量估算预制疲劳裂纹用的压-压循环载荷并施加该载荷以产生裂纹；

(2)使裂纹扩展出残余拉应力区

采用有限元方法计算压-压循环载荷产生的残余拉应力区尺寸，根据试验件材料类型的疲劳裂纹扩展门槛值的典型值，在试验件上施加拉-拉循环载荷，载荷值为使裂纹尖端应力强度因子为试验件材料类型的疲劳裂纹扩展门槛值典型值的50％-80％，施加该载荷使裂纹扩展，直至裂纹尖端在1000000个循环下不扩展，即认为裂纹尖端扩展出残余拉应力区；

(3)测试疲劳裂纹扩展门槛值

逐级增加载荷，每级增加的载荷量为上级载荷量的5％-10％，直至裂纹开始扩展，继续调整载荷，使裂纹在1000000个循环下扩展0.1mm，测得裂纹扩展门槛值。

所采用的试验件为中心裂纹拉伸M(T)试验件，试验件中心位置有一六边形缺口，缺口穿透整个厚度方向，六边形上下两边平行试验件宽度方向，上下两边距离为:1～5mm，左右两个顶点位于水平方向的中心线上，两个顶点相距5～20mm，连接每个顶点的两条边夹角为30～90°，且相对于水平方向的中心线对称。

压-压循环载荷所采用的最大压缩载荷，应使裂纹尖端应力强度因子绝对值其中σ_y为材料的屈服强度。

压-压循环载荷所采用的应力比为R＝10～40。

压-压循环载荷施加100000～200000循环，使裂纹扩展至0.1～0.3mm。

利用残余拉应力区，施加同类材料的疲劳裂纹扩展门槛值的50～80％的载荷使裂纹扩