[发明专利]基于断口定量反推和数值分析的材料初始损伤评估方法

摘要

本发明属于材料初始损伤评估技术领域，涉及一种材料初始损伤的评估方法，具体涉及一种利用光滑试样开展疲劳试验，利用断口定量反推和数值分析的方法评估、表征材料材的材质和加工工艺的初始损伤。本发明利用光滑试样，消除结构细节的影响，不但方便试样加工，而且可以直接评估材料中的缺陷或加工工艺效果；另外，利用断口定量反推的方法获得评估材料初始损伤所需的数据，不需要裂纹扩展的监测过程，试验过程方便、易行，可以明显节约试验周期和经费。解决了直接利用已有的评估结构细节原始疲劳质量方法评估材料初始损伤存在的误差大甚至不可行的问题，提高了材料初始损伤的估算精度。

主权项

1.一种基于断口定量反推和数值分析的材料初始损伤评估方法，其特征是，评估方法包括以下步骤：（1）利用光滑疲劳试样，在等幅谱下开展疲劳试验在控制应力、等幅载荷条件下开展疲劳试验，获得疲劳试验断口；（2）利用断口定量分析方法，获得裂纹扩展速率曲线表达式在疲劳试样断口上，从裂纹源区开始，沿着主裂纹扩展方向，测量不同裂纹长度处的疲劳条带间距，以不同裂纹长度处疲劳条带间距作为该位置裂纹扩展速率，得到不同裂纹长度处的裂纹扩展速率，对不同裂纹长度和对应的该位置处的疲劳条带间距值分别取自然对数，得到该断口的疲劳裂纹扩展速率曲线，裂纹扩展速率曲线的表达式：ln(da/dN)＝d+b ln a  （1）其中，d、b为拟合常数，a为距离源区的裂纹长度，长度单位为μm，da/dN为裂纹扩展速率，单位：μm/循环；（3）利用裂纹扩展速率曲线表达式表征a_id处的裂纹扩展速率将a_id代入上述（1）式中，ln(da/dN)_id＝d+b ln a_id，则得到a_id位置的裂纹扩展速率：(da/dN)id=e(d+blnaid)---(2)]]>其中a_id为待评估的材料初始损伤值。（4）利用断口定量分析方法计算不同裂纹长度处的扩展寿命利用断口定量分析的方法，计算距疲劳试样断口源区最近出现疲劳条带位置a₁之后裂纹稳定扩展区域的扩展寿命，得到不同裂纹长度对应的扩展寿命N_p，Npn=Σ(an-an-1)/(dandNn+dan-1dNn-12)---(3)]]>Np2=(a2-a1)/(da2dN2+da1dN12)]]>Np3=Np2+(a3-a2)/(da3dN3+da2dN22)]]>Npn=Npn-1+(an-an-1)/(dandNn+dan-1dNn-12)]]>式中，n=2，3，…n，a_n为第n点的裂纹长度，a_n-1为第n-1点的裂纹长度；da/dN为裂纹扩展速率。（5）拟合得到β裂纹长度a_n，扩展寿命N_pn以及材料初始损伤a_id之间符合如下关系：ln a_n＝βN_pn+ln a_id  （4）β为与几何参数、材料和载荷谱相关的参数，利用公式（4）和（a₂、N_p2），…（a_n、N_pn）进行线性拟合，得到β。（6）表征从a_id到距离疲劳试样断口源区最近出现疲劳条带位置a₁之间的扩展寿命N_p1Np1=(a1-aid)/(da1dN1+daiddNid2)]]>a₁与为已知，可用（2）式表示，N_p1用有待定参数a_id的表达式表示。（7）求解a_id将a₂带入上述公式（4）模型，数值分析a_id的公式为；ln a₂＝β(N_p1+N_p2)+ln a_id其中β、a₂、N_p2已知，Np₁是用a_id表示的表达式，利用数值分析的方法求解a_id，得到材料初始损伤值。