[发明专利]一种测定疲劳裂纹扩展速率的方法及装置

权利要求书

1.一种测定疲劳裂纹扩展速率的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、C型试样的制备：在C型试样的两端分别开设加载固定孔，并在C型试样的中部开设预制裂纹，同时在C型试样的开口端一侧设置伸出端，且伸出端为菜刀状，伸出端最下面部分与预制裂纹在同一平面上；

步骤2、将制备的C型试样固定在加载装置上；

步骤3、在静载条件下，记录下初始位置数据，包括两个位移传感器与预制裂纹水平面的垂直距离b，第一位移传感器与第二位移传感器的水平距离L₁，E点与第二位移传感器的水平距离L，第一位移传感器与伸出端最下面的交叉点记为B，第二位移传感器与伸出端最下面的交叉点记为C；

步骤4、启动加载装置，对C型试样进行循环加载，循环周次记作N，两个位移传感器时刻记录伸出端的相应位移，同时记录以下数据并输送至计算机系统：

(1)在疲劳裂纹实验过程中循环N次的任意开口度最大时刻，即位移最大值时刻，第一位移传感器记录其与伸出端最下面的交叉点B₁的垂直距离K，则循环N次所记录的值则记为K₁、K₂、K₃......K_N，第二位移传感器记录其与伸出端最下面的交叉点C₂的垂直距离H，则循环N次其所记录的值则记为H₁、H₂、H₃......H_N；

(2)在疲劳裂纹实验过程中循环N次的任意开口度最大时刻，预制裂纹的长度也变化为EA`，且EA`的长度记为a₁、a₂、a₃......a_N；

步骤5、根据相似三角形原理可知，在任意时刻，△A`CC<sub>2</sub>与△B<sub>1</sub>C<sub>1</sub>C<sub>2</sub>相似，那么即存在B<sub>1</sub>C<sub>1</sub>/A`C＝C₂C₁/C₂C，进而可以求得:

a_N＝[L₁*(H_N-b)/(H_N-K_N)]-L；

步骤6、计算机系统时刻记录a_N数值，并输出曲线a_N/N和EXCEL数据表格，采用Origin求导进而可输出曲线da/dN，其中da/dN表示疲劳裂纹扩展速率，其中da＝a_N-a_N-1，dN表示交变应力单位循环。

2.一种实现权利要求1所述的测定方法的疲劳裂纹扩展速率的装置，其特征在于：包括加载装置、C型试样、第一位移传感器、第二位移传感器和计算机系统，所述C型试样开设有加载固定孔，并通过所述加载固定孔固定在所述加载装置上，所述C型试样还开设有预制裂纹，并设置有伸出端，所述伸出端成刀状，且底部与所述预制裂纹处于同一水平线，所述第一位移传感器与第二位移传感器固定设置在所述加载装置的底部，并且位于所述C型试样所述伸出端的正下方，所述计算机系统与所述第一位移传感器、第二位移传感器通过数据线连接。

3.根据权利要求2所述的测定疲劳裂纹扩展速率的装置，其特征在于：所述第一位移传感器与第二位移传感器还可单独设置在一支撑平台上，避免加载设备的震动影响实验精度。

4.根据权利要求2所述的测定疲劳裂纹扩展速率的装置，其特征在于：所述计算机系统用以记录并处理所述第一位移传感器与第二位移传感器所记录的位移数据。

5.根据权利要求4所述的测定疲劳裂纹扩展速率的装置，其特征在于：所述第一位移传感器与第二位移传感器均为微米级高精度位移传感器，可以实时测量。