[发明专利]基于固有频率的超声疲劳裂纹扩展速率测量方法

权利要求书

1.一种基于固有频率的超声疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对试样材料进行超声疲劳试验，并实时采集超声疲劳试验的固有频率；

S2、判断试样材料是否断裂，若是，则对其进行断口分析，获取其疲劳裂纹源位置，并进入步骤S3，否则返回步骤S1；

S3、对疲劳裂纹源位置进行分析，获取其裂纹源类型；

S4、采用有限元分析法获取疲劳裂纹长度与固有频率之间的关系公式；

S5、根据固有频率和关系公式，获取疲劳裂纹的长度以及每周次裂纹扩展的单位长度；

S6、通过疲劳裂纹长度和裂纹源类型获取裂纹尖端最大应力强度因子值；

S7、通过裂纹尖端最大应力强度因子值和每周次裂纹扩展的单位长度获取超声疲劳裂纹扩展速率；

所述步骤S4中疲劳裂纹长度与固有频率之间的关系公式具体为：

a＝e^Af(a,d)+B

其中，f(a,d)表示固有频率，a表示裂纹长度，d表示裂纹源到断口表面中心的距离，A表示距离d与裂纹源位置的关联参数，B表示距离d与试样材料大小的关联参数。

2.根据权利要求1所述的基于固有频率的超声疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，所述步骤S2中对试样材料进行断口分析的具体方法为：采用电子显微镜确定疲劳裂纹源的扩展区域和瞬断区域，获取扩展区域中的放射状河流花样分布特征，将放射状河流花样分布特征的指向中心作为疲劳裂纹源位置。

3.根据权利要求1所述的基于固有频率的超声疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，所述步骤S3的具体方法为：采集裂纹源与断口表面中心的距离d，并判断距离d是否小于疲劳试样标距段半径r，若是，则裂纹源为内部裂纹源，否则裂纹源为外部裂纹源。

4.根据权利要求1所述的基于固有频率的超声疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，所述步骤S5中每周次裂纹扩展的单位长度为da/dN，其中，N表示疲劳循环加载的周次。

5.根据权利要求4所述的基于固有频率的超声疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，所述步骤S6通过疲劳裂纹长度和裂纹源类型获取裂纹尖端最大应力强度因子值为：

其中，ΔK_s表示表面裂纹尖端最大应力强度因子值，ΔK_i表示内部裂纹尖端最大应力强度因子值，Δσ表示应力加载半幅。

6.根据权利要求5所述的基于固有频率的超声疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，所述步骤S7通过裂纹尖端最大应力强度因子值和每周次裂纹扩展的单位长度获取超声疲劳裂纹扩展速率为：

其中，rate_os表示表面裂纹的超声疲劳裂纹扩展速率，rate_in表示内部裂纹的超声疲劳裂纹扩展速率，C_s表示裂纹从表面萌生时的材料系数，m_s表示裂纹从表面萌生时的材料指数，C_i表示裂纹从内部萌生时的材料系数，m_i表示裂纹从内部萌生时的材料指数。