[发明专利]钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法

摘要

本发明公开了一种钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法，相对目前的材料试验得到的疲劳裂纹扩展速率Paris公式，由本发明结构实体试验得到的疲劳裂纹扩展速率更加真实可靠，其Paris公式在预测结构服役阶段的剩余寿命时更具指导性；本发明在裂纹长度测量时不同于常规的停机用游标卡尺测量的方法，在钢箱梁试样机械缺口前端加装COD夹规，通过静载试验标定COD夹规与游标卡尺测量裂纹长度a的线性关系，将该关系应用于疲劳裂纹扩展速率动态试验，直接通过COD夹规读数测量实时的裂纹长度a，避免了动态疲劳试验中停导致的裂纹尖端塑性钝化，影响疲劳试验结果准确性；同时也节省了中停试验测量裂纹长度的时间，提高了试验效率。

主权项

一种钢箱梁疲劳裂纹扩展速率测试方法，其特征在于：所述测试方法包括如下步骤：A、制备钢箱梁结构件试样a1)根据被测钢箱梁的实际尺寸进行等比例缩小，按照被测钢箱梁实物结构的组成及焊接工艺加工等比例缩小的钢箱梁试样；a2)在钢箱梁试样上确定危险截面，在危险截面上加工机械缺口；a3)在机械缺口的前端加工供安装裂纹张开位移夹规的槽；B、裂纹长度a标定b1)在危险截面上粘贴标定板，标定板上设置有确定尺寸的图形；b2)将钢箱梁试样置于疲劳试验机上且危险截面朝下，然后将视频摄像机伸入危险截面正下方固定；b3)视频摄像机拍摄标定板上的图形获得图像图形，测量图像图形上的尺寸，将图像图形的尺寸除以标定板上图形的尺寸得到图像的比例尺，并将比例尺输入图像采集分析软件；b4)对疲劳试验机施加多级静载，使裂纹扩展逐级伸长，每一级静载下，读取裂纹张开位移夹规COD读数，并且通过视频摄像机进行拍照记录每一级静载下的裂纹扩展路径图片，在图像采集分析软件中测量每一级的裂纹长度a；b5)依据步骤b4)绘制COD‑a曲线，确定COD读数与裂纹长度a的函数关系a＝f(COD)，完成裂纹长度a的标定过程；C、疲劳裂纹扩展速率试验c1、根据静载试验确定钢箱梁试样在各加载阶段的最大载荷F_maxⁱ和最小载荷F_minⁱ；c2、更换钢箱梁试样，启动疲劳试验，在各加载阶段实时记录裂纹张开位移夹规COD读数和疲劳次数N_i，根据采集的COD读数及标定的函数关系a＝f(COD)得出疲劳试验过程中各加载阶段实时的裂纹长度a_i；根据各加载阶段实时的裂纹长度a_i和对应的疲劳次数N_i、根据公式(da/dN)_i＝(a_i‑a_i‑1)/(N_i‑N_i‑1)，计算得到各加载阶段的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)_i；c4、根据各加载阶段的实时实时的裂纹长度a_i，计算出各加载阶段实时的应力强度因子K_maxⁱ和K_minⁱ，K_maxⁱ与K_minⁱ作差得到各加载阶段实时的应力强度因子幅值ΔK_i；D、疲劳裂纹扩展速率试验数据处理以计算得到的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)_i和应力强度因子幅值ΔK_i为原始数据绘制(da/dN)_i‑ΔK_i曲线，对该曲线的纵坐标和横坐标分别取对数，并对原始数据进行幂函数拟合得到拟合方程为da/dN＝cΔKⁿ，即为疲劳裂纹扩展速率试验测试结果Paris公式。