一种裂纹扩展速率测试方法

标题：一种裂纹扩展速率测试方法

摘要：本发明公开一种裂纹扩展速率测试方法，通过试验机对单边穿透裂纹试件施加交变载荷；每间隔一定载荷循环测量一次载荷-位移曲线，对其线性段进行拟合，得到试件无量纲柔度值；根据夹持边界条件下，单边穿透裂纹无量纲柔度值与裂纹长度的关系式，求得裂纹长度；记录当前载荷循环数，得到裂纹长度-载荷循环数曲线，确定裂纹扩展速率；计算对应的应力强度因子，获得离散数据对，拟合得到裂纹扩展速率参数。本发明的优点为：适用于正、负应力比下裂纹扩展速率测试，可进行裂纹长度的自动测量；测试系统适用范围广，特别适用于金属层合板、金属/复合材料层合板、陶瓷基复合材料及焊接材料等新型材料的裂纹扩展速率测试。

申请号：CN201310676325.7

申请日：2013/12/11

申请人：北京航空航天大学

首项权利要求：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a0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)i，计算得到无量纲化柔度Ui＝E·B·(V/P)i；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Ni次载荷循环内试件无量纲化柔度Ui与实际裂纹长度ai的关系，得到对应的裂纹长度ai；同时记录第i次载荷-位移曲线测量时，载荷循环次数Ni；从而获得第Ni次载荷循环对应的循环数Ni与裂纹长度ai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：
根据疲劳试验机夹持边界条件下，第Ni次载荷循环的应力强度因子Ki与实际裂纹长度ai的计算公式，得到：
其中，
为第Ni个载荷循环与第Ni+1个载荷循环的裂纹长度算术平均值，即
采用Paris公式
通过最小二乘法拟合得到裂纹扩展速率参数n与C；
其中，ΔKi为应力强度因子变程，ΔKi＝Kimax-Kimin，Kimax为应力强度因子最大值，为交变载荷峰值Pmax对应的应力强度因子值；Kimin为应力强度因子最小值，为交变载荷谷值力Pmin对应的应力强度因子值；当应力比R≥0时，Kimin由Pmin按式(6)计算得到；当应力比R≤0时，Kimin=0；且：

专利类型：发明申请