[发明专利]一种测定疲劳裂纹扩展速率的方法及装置

说明书

本发明公开了一种测定疲劳裂纹扩展速率的方法及装置，将C(T)试样的开口端一侧位置部分延长，伸出端部分为菜刀状，伸出端最下面部分与预制裂纹在同一平面上，伸出端底部支架上设置两个高精度位移传感器，在疲劳裂纹实验过程中的任意开口度最大时刻，伸出端下面与裂纹尖端A成为一个直角三角形△ACC₂，位移传感器的测试点与水平线也可以形成一个三角形△B₁C₁C₂，对于△ACC₂和△B₁C₁C₂符合相似三角形关系，通过位移传感器时刻记录伸出端的位移数据，再通过相似三角形即可算的裂纹的增长量，与目前测定C(T)试样疲劳裂纹扩展速率的方法主要为CCD相机摄像位移或采用引伸计记录位移相比，实验结果精度高。

技术领域

本发明属于光工程材料和疲劳断裂力学研究领域，具体涉及一种测定疲劳裂纹扩展速率的方法及装置。

背景技术

在材料疲劳裂纹扩展试验中，常使用目测法测量裂纹长度或者测定试样疲劳裂纹的扩展速率，疲劳裂纹扩展速率指交变应力每循环一次裂纹长度的增加量，也是C(T)试样在疲劳载荷作用下，裂纹长度a随循环周次N的变化率，指通常用da/dN表示，式中a为裂纹长度，N为应力循环次数，dN表示交变应力单位循环，da/dN对于估算裂纹体疲劳寿命有重要作用。

根据中华人民共和国国家标准GB/T6398-2017中《金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法》第3节“术语和定义”的规定，裂纹长度a表示从参考平面到裂纹尖端的主平面尺寸的线性量度，循环N表示循环性重复作用的力、应力等最小的时间段，也用于表示经历的循环次数，疲劳裂纹扩展速率da/dN表示单位循环对应的疲劳裂纹长度的扩展量。因此，对于本发明中提到的各项名词，如有理解困难之处，均以上述国家标准为准。

目前测定C(T)试样疲劳裂纹扩展速率的方法主要为CCD相机摄像位移或采用引伸计记录位移，也有部分试验人员每隔一定时间暂停试验机，用游标卡尺测量裂纹长度，但这些方法都存在计算复杂或精度不准的问题，且裂纹长度不便观察、误差可能性大；而使用柔度法测量裂纹长度，多用夹式引伸计检测裂纹张开位移，其使用时与试件直接接触，加持位置的错动，试验件的震动，会影响标定精度；依据图像处理技术随之产生的非接触式视频引伸计，能够实现在与试件不接触条件下采集裂纹张开位移信息，但存在未能实时采集动态裂纹张开位移数据的不足。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出了一种测定疲劳裂纹扩展速率的方法及装置。

技术方案

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：