[发明专利]基于单边裂纹中心孔楔入式试样的测定方法

说明书

本发明公开了一种基于单边裂纹中心孔楔入式试样的测定方法，其包括设置单边裂纹中心孔楔式样、开口销和底座的对应位置，利用楔形压杆对式样进行I型裂纹加载；获取单边裂纹中心孔楔入式试样的加载方向的位移和单边裂纹中心孔楔入式试样的加载方向的力，并绘制单边裂纹中心孔楔入式试样的尖裂纹载荷位移曲线；获取单边裂纹中心孔楔入式试样的钝裂纹加载参数，通过有限元计算，得到单边裂纹中心孔楔入式试样的钝裂纹载荷位移曲线；对采集到的参数进行处理计算得到单边裂纹中心孔楔入式试样的材料的等效应力应变曲线和断裂韧性值。本发明提高了测量结果的精确度，数据处理简单，成本低，便于普及应用。

技术领域

本发明涉及材料延性断裂韧性评估领域，具体涉及一种基于单边裂纹中心孔楔入式试样的测定方法。

背景技术

在石油化工、核电、航空航天等领域中，存在大量的在高温高压、辐照等条件下服役的构件，随着时间的增长，材料势必发生蠕变、氧化、腐蚀等现象，造成材料的劣化和损伤，如何进行材料的可靠性和安全性评定具有重要意义。传统的方法是对服役构件进行无损检测或者取样试验，无损检测能对结构的均匀性和微缺陷进行检测，但无法定量给出材料的许多力学性能参数，如屈服强度、抗拉强度和断裂韧性等；试验取样具有破坏性，传统试样尺寸一般较大，对服役构件损伤过大，难以实现材料性能测试。20世纪80年代，Baik等人首次提出使用小冲杆法来评定材料的力学性能，这种方式仅对结构产生微损，因而小冲杆试验方法为“微损检测”，并能定量获取材料的相关力学参量，从而得到了迅速的发展。20世纪90年代，小冲杆试验方法被扩展应用于各种工程领域。然而传统的小冲杆试验方法获取材料的断裂韧性，需要预先进行大量实验来建立基于小冲杆试验所获参量与通过大尺寸试样断裂试验所获的断裂韧性之间的对应关系，最终通过大量数据的拟合来获取经验公式。在之后的改进小冲杆试验方法中，采用了含裂纹缺口试样来获取材料的断裂韧性，并可通过直接计算法获取断裂韧性。然而由于其构型和加载方式的限制，其加载方式与常规I型断裂有所差异。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于单边裂纹中心孔楔入式试样的测定方法解决了传统方法检测结果精确度低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于单边裂纹中心孔楔入式试样的测定方法，其包括以下步骤：

S1、将成对凸起的开口销设置在底座上，并将单边裂纹中心孔楔入式试样的裂纹穿过开口销的凸起放置在开口销上；

S2、将楔形压杆对准开口销的凸起之间的间隙，对单边裂纹中心孔楔入式试样进行楔入I型裂纹加载，并获取楔入加载方向的位移和楔入加载方向的力；

S3、通过楔入加载方向的位移和楔入加载方向的力，计算得到单边裂纹中心孔楔入式试样的加载方向的位移和单边裂纹中心孔楔入式试样的加载方向的力，并绘制单边裂纹中心孔楔入式试样的尖裂纹载荷位移曲线；

S4、获取单边裂纹中心孔楔入式试样的钝裂纹加载参数，通过有限元计算，得到单边裂纹中心孔楔入式试样的钝裂纹载荷位移曲线；载荷即单边裂纹中心孔楔入式试样的加载方向的力，位移即单边裂纹中心孔楔入式试样的加载方向的位移；

S5、计算钝裂纹载荷位移曲线线性区域的斜率，得到未扩展时单边裂纹中心孔楔入式试样的柔度，即初始柔度；通过同一位移上尖裂纹加载方向的力、钝裂纹加载方向的力和初始柔度计算得到实时柔度；

S6、获取初始裂纹长度，并通过初始裂纹长度和初始柔度计算单边裂纹中心孔楔入式试样的材料弹性模量，结合实时柔度和材料弹性模量计算得到实时裂纹长度；

S7、对单边裂纹中心孔楔入式试样未扩展前的尖裂纹载荷位移曲线进行位移采样，并通过实时裂纹长度计算单边裂纹中心孔楔入式试样的加载方向的弹性位移和塑形位移；

S8、通过塑形位移计算得到单边裂纹中心孔楔入式试样的材料应变硬化系数N和单边裂纹中心孔楔入式试样的材料应力硬化指数K；