基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法

摘要

基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法，首先搭建四端子直流电位测量系统，加工制作应力腐蚀裂纹平板试件，并沿裂纹长度方向进行切割，获得包含部分应力腐蚀裂纹的切片试件，然后利用所搭建的直流电位测量系统测量切片试件裂纹附近区域的电位分布，计算相邻两点的电位差；进一步利用恒流场的控制方程，计算不同电导率情况下的电位差分布，对比分析实验测量的电位差信号和不同电导率情况下的电位差计算结果，获得扫描位置应力腐蚀裂纹的电导率值。本发明方法可以简单准确的测定复杂结构件的电导率，具有操作简单，易实现，数据量小，目标测量区域微小的优点，可以广泛应用于固体导电材料的电导率测量。

主权项

基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：搭建四端子直流电位测量系统，具体为：提供直流电流的直流电流源(2)一端通过限流电阻(3)与试件(1)的一侧中心相连，直流电流源(2)的另一端直接与试件(1)的另一侧中心相连，测量电位的纳伏表(4)与第一电位测量端子(9)和第二电位测量端子(10)相连，其中第一电位测量端子(9)固定在试件(1)表面，第二电位测量端子(10)固定在三维扫描台(5)上，三维扫描台(5)与扫描台控制器(6)和计算机(7)相连接；步骤2：应力腐蚀裂纹试件给定裂纹深度处的电位分布实验测量和电位差信号计算，具体步骤如下：1)加工制作应力腐蚀裂纹不锈钢平板试件，并沿裂纹长度方向进行切片，获得不同裂纹长度位置处的包含部分应力腐蚀裂纹的切片试件，并将切片镶嵌在环氧树脂的圆柱块中以便于实验测量，切片中裂纹沿切片试件厚度方向贯穿；2)对步骤1)中加工好的应力腐蚀裂纹切片试件，利用金相显微镜对其进行观测，获得裂纹深度和宽度的几何参数信息；3)根据步骤2)中观测到的切片试件中裂纹的大小，在裂纹给定深度处选取扫描线，利用步骤1搭建的四端子直流电位测量系统进行电位分布的测量，测量时直流电流源(2)产生大小为1A的直流电流施加在试件(1)的两端中心处，由扫描台控制器(6)和计算机(7)控制三维扫描台(5)带动第二电位测量端子(10)沿选定的扫描线进行扫描，利用纳伏表(4)测量扫描过程中第一电位测量端子(9)和第二电位测量端子(10)之间的电位差，由计算机(7)采集并记录下来，即能够测取该扫描线上的电位分布；4)对于步骤3)测量得到的电位分布，将相邻两点的电位做差获得其电位差的分布，并将电位差信号作为与数值计算结果对比的目标信号；步骤3：计算不同电导率情况下的电位差并与实验测量的电位差信号进行对比分析，测定应力腐蚀裂纹的电导率值，具体步骤如下：1)由恒流场的控制方程其中σ和分别指材料的电导率和待求的电位分布，采用伽辽金有限元法对控制方程(1)进行有限元离散，对控制方程(1)两边同乘以形函数N^T，再对全域积分，可得考虑自然边界条件进而得到式中[K]为总体系数阵，I表示加载点的流入电流，‑I表示加载点的流出电流，利用有限元方法求解此方程(3)，计算待求的电位分布；2)对步骤2步骤1)中加工的实际应力腐蚀裂纹切片试件建立数值计算模型，数值计算模型中裂纹的深度和宽度与步骤2步骤2)测取的切片试件裂纹深度和宽度一致，然后对整个数值计算模型进行网格划分，网格为长方体网格，在裂纹区域网格较密集，网格大小为裂纹宽度的1/8，而其他区域网格较大，分布较稀疏；3)利用步骤3中步骤1)的理论和步骤2)的计算模型，计算不同电导率情况下的电位差分布，并提取步骤1步骤3)中给定深度处的电位差结果；4)将步骤2中步骤4)获得的应力腐蚀裂纹电位差实验测量信号与步骤3的步骤3)中不同电导率情况下的电位差计算结果画在同一张图中，对比实验测量和计算电位差分布的电位差峰值，与实验测量电位差峰值一致的该电位情况的电导率设定值即为电导率测定值。