[发明专利]一种薄壁管试样加载装置

说明书

本发明公开了一种薄壁管试样加载装置，涉及裂纹扩展测量领域，包括夹具与套管，所述夹具由第一半圆柱体、第一正方体、第二半圆柱体和第二正方体组成，所述第一半圆柱体一端与所述第一正方体一面固定连接，所述第二半圆柱体一端与所述第二正方体固定连接，所述套管包括第一半套管和第二半套管，所述第一半套管套接于所述第一半圆柱体上，所述第二半套管套接于所述第二半圆柱体上。本发明通过合理的夹具设计使得薄壁管试样在开裂过程中不发生大的塑性变形，半套管的设计有效预防电偶腐蚀对裂纹扩展的影响，同时可以根据薄壁管试样的尺寸相应的改变夹具和半套管尺寸，通用性强。

技术领域

本发明涉及裂纹扩展测量领域，尤其涉及一种薄壁管试样加载装置。

背景技术

获得薄壁管的轴向裂纹扩展速率对于评价其疲劳、腐蚀疲劳和应力腐蚀(SCC)开裂等行为具有重要意义。由于薄壁管壁厚很薄，其开裂过程存在明显的塑性变形，不符合线弹性断裂力学的要求，因此定量获得其裂纹扩展速率十分困难。首先，薄壁管的几何结构并不符合ASTM标准所规定的试样外形和加载要求。传统的慢应变速率拉伸方法普遍使用展平后的薄壁管拉伸试样，会引入材料微观结构的改变和内应力的重新分布，从而造成很大的不确定性。其次，如果使用与薄壁管相同几何形状的薄壁管状试样，采用单向拉伸试验很难在高温下模拟出管状材料正确的应力分布状态；同时，由于变形量很小，单向拉伸试验也很难对低塑性材料的断裂性能做出正确的评价。

目前，被广泛用于结构材料裂纹扩展测量的测试方法均采用国家标准推荐的标准试样。根据断裂力学的要求，裂纹扩展测量需要满足裂纹尖端平面应变准则，这对标准试样的厚度提出了要求。而通常薄壁管试样的壁厚比管径小很多，无法满足断裂力学的平面应变准则。如果采用展平后的薄壁管试样，其厚度也不能达到要求，并且会因为展平而引入额外的应力，影响实验结果。

此外，部分研究还采用慢应变速率拉伸方法，慢拉伸试验法是以恒定应变速率来拉伸试样，它采用断裂能(载荷-伸长曲线所围面积)、断裂处延伸率、失效时间、塑性减少区面积(％RA)和沿晶断裂百分比(％IG)来评价应力腐蚀敏感性。慢拉伸试验法的优点是能够快速评价特定金属与环境组合的应力腐蚀破裂敏感性，试验周期短、试验可重复性高，但是它无法区分裂纹萌生与裂纹扩展，无法明确给出裂纹扩展速率，而且既有可能低估又有可能夸大应力腐蚀敏感性。

对于任何评价薄壁管断裂性能的试验方法，需要在试验设计和分析手段上有所改进，从而能够正确的评价其裂纹扩展或断裂行为。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种薄壁管试样的加载结构装置。在加载过程中，通过合理的夹具设计使得试样在开裂过程中不发生大塑性变形，仍然近似满足平面应变的断裂条件。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种薄壁管试样加载结构装置，通过在薄壁管试样内部增加可以转动的夹具，使其能够满足单向开裂的同时而不发生严重的塑性变形，从而使裂纹尖端满足断裂力学的平面应变准则。

为实现上述目的，本发明提供了一种薄壁管试样加载装置，包括夹具与套管，所述夹具由第一半圆柱体、第一正方体、第二半圆柱体和第二正方体组成，所述第一半圆柱体一端与所述第一正方体一面固定连接，且所述第一半圆柱体的平直面与所述第一正方体对应的端面齐平，所述第二半圆柱体一端与所述第二正方体固定连接，且所述第二半圆柱体的平直面与所述第二正方体对应的端面齐平；所述套管包括第一半套管和第二半套管，所述第一半套管套接于所述第一半圆柱体上，所述第二半套管套接于所述第二半圆柱体上。

进一步地，所述套管的材质为陶瓷。

进一步地，所述第一半圆柱体的外伸端沿其平直面宽度方向开设第一半圆槽，所述第二半圆柱体的外伸端沿其平直面开设第二半圆槽，所述第一半圆槽与所述第二半圆槽位置对应，且紧贴在一起后可形成圆形贯通孔。

进一步地，还包括转动销，所述转动销被设置为插入所述圆形贯通孔中。

进一步地，所述转动销为陶瓷转动销。