主权项 |
1.一种裂纹扩展速率测试方法,其特征在于:通过下述步骤完成:步骤1:试件制备;在测试板材上加工水平单边切口,使切口长度a<sub>0</sub>与试件宽度W的比为0.2~0.3;步骤2:测试板材的装卡;将步骤1中得到的具有单边切口的测试板材夹持在试验机的上下夹头上,并使得试件中心线与夹头轴线重合;步骤3:预制单边穿透裂纹;步骤4:安装引伸计;将引伸计的两个刀口装卡在单边穿透裂纹试件上裂纹面上下位置;步骤5:测量载荷-位移曲线,进而得到裂纹长度-载荷循环数曲线;a、通过疲劳试验机对单边穿透裂纹试件施加轴向交变载荷,每间隔m个载荷循环,通过引伸计测量一次载荷-位移曲线;m为正整数;b、将每次测量得到的载荷-位移曲线上的直线段进行拟合,得到每次测量时,载荷-位移曲线斜率值的倒数,记为试件的柔度(V/P)<sub>i</sub>,计算得到无量纲化柔度U<sub>i</sub>=E·B·(V/P)<sub>i</sub>;其中,i为载荷-位移曲线测量次数,E为试件材料的杨氏模量;B为试件厚度;c、根据疲劳试验机夹持边界条件下,第N<sub>i</sub>次载荷循环内试件无量纲化柔度U<sub>i</sub>与实际裂纹长度a<sub>i</sub>的关系,得到对应的裂纹长度a<sub>i</sub>;同时记录第i次载荷-位移曲线测量时,载荷循环次数N<sub>i</sub>;从而获得第N<sub>i</sub>次载荷循环对应的循环数N<sub>i</sub>与裂纹长度a<sub>i</sub>数据对,由此得到裂纹长度-载荷循环数曲线;步骤6:确定裂纹扩展速率,并拟合得到裂纹扩展速率参数n与C;根据步骤5得到的裂纹长度-载荷循环数曲线,通过割线法确定各个测量循环内的裂纹扩展速率:<![CDATA[<math><mrow><msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>da</mi><mi>dN</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>N</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>根据疲劳试验机夹持边界条件下,第N<sub>i</sub>次载荷循环的应力强度因子K<sub>i</sub>与实际裂纹长度a<sub>i</sub>的计算公式,得到:<![CDATA[<math><mrow><msub><mi>K</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>P</mi><mi>W</mi></mfrac><msqrt><mi>π</mi><mover><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mo>‾</mo></mover></msqrt><mo>[</mo><msub><mi>f</mi><mi>σ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mover><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mo>‾</mo></mover><mo>/</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mrow><msubsup><mo>∫</mo><mn>0</mn><mover><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mo>‾</mo></mover></msubsup><mi>t</mi><mo>·</mo><msub><mi>f</mi><mi>σ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>/</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub><mi>f</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>/</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi></mrow><mrow><mfrac><mi>LW</mi><mrow><mn>6</mn><mi>π</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><msubsup><mo>∫</mo><mn>0</mn><msub><mover><mi>a</mi><mo>‾</mo></mover><mi>i</mi></msub></msubsup><mi>t</mi><mo>·</mo><msubsup><mi>f</mi><mi>M</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>/</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi></mrow></mfrac><msub><mi>f</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mover><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mo>‾</mo></mover><mo>/</mo><mi>W</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>其中,<img file="FDA0000435519120000022.GIF" wi="53" he="83" />为第N<sub>i</sub>个载荷循环与第N<sub>i+1</sub>个载荷循环的裂纹长度算术平均值,即<![CDATA[<math><mrow><mover><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mrow><mo>(</mo><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow></math>]]></maths>采用Paris公式<img file="FDA0000435519120000024.GIF" wi="313" he="124" />通过最小二乘法拟合得到裂纹扩展速率参数n与C;<![CDATA[<math><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><mo>(</mo><mi>lg</mi><msub><mi>ΔK</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mover><mi>lgΔK</mi><mo>‾</mo></mover><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mi>lg</mi><msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>da</mi><mi>dN</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mover><mrow><mi>lg</mi><mfrac><mi>da</mi><mi>dN</mi></mfrac></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><msup><mrow><mo>(</mo><mi>lg</mi><msub><mi>ΔK</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mover><mi>lgΔK</mi><mo>‾</mo></mover><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths><![CDATA[<math><mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><msup><mn>10</mn><mrow><mo>(</mo><mover><mrow><mi>lg</mi><mfrac><mi>da</mi><mi>dN</mi></mfrac></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>-</mo><mi>n</mi><mover><mi>lgΔK</mi><mo>‾</mo></mover><mo>)</mo></mrow></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>其中,ΔK<sub>i</sub>为应力强度因子变程,ΔK<sub>i</sub>=K<sub>imax</sub>-K<sub>imin</sub>,K<sub>imax</sub>为应力强度因子最大值,为交变载荷峰值P<sub>max</sub>对应的应力强度因子值;K<sub>imin</sub>为应力强度因子最小值,为交变载荷谷值力P<sub>min</sub>对应的应力强度因子值;当应力比R≥0时,K<sub>imin</sub>由P<sub>min</sub>按式(6)计算得到;当应力比R≤0时,K<sub>imin</sub>=0;且:<![CDATA[<math><mrow><mover><mi>lgΔK</mi><mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>n</mi></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><mo>(</mo><mi>lg</mi><msub><mi>ΔK</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mover><mrow><mi>lg</mi><mfrac><mi>da</mi><mi>dN</mi></mfrac></mrow><mo>‾</mo></mover><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>n</mi></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mi>lg</mi><msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>da</mi><mi>dN</mi></mfrac><mo>)</mo></mrow><mi>i</mi></msub><mo>.</mo></mrow></math>]]></maths> |