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原文传递基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法

专利名称：	基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法
摘要：	本发明涉及材料测试领域，特别涉及基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法。通过初步试验确定载荷谱参数，并基于试验断口分析结果进行载荷谱参数修正，用修正后的载荷谱对同类材料的其他试件进行测试，获得相应数据。依据该方法可建立完整的用于裂纹扩展速率测试的载荷谱。该方法可完整的再现表面裂纹扩展全过程信息，为裂纹扩展行为研究和裂纹扩展速率测试提供重要的试验方法。本发明采用基于同类材料参数和摸索试验的载荷谱参数估计方法和基于摸索试验断口分析结果的载荷谱参数修正方法，可建立完整的用于裂纹扩展速率测试的载荷谱。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京航空航天大学
发明人：	贺小帆;董颖豪
专利状态：	有效
申请日期：	2018-02-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201810169773.0
公开号：	CN110160895A
代理机构：	北京集智东方知识产权代理有限公司
代理人：	关兆辉
分类号：	G01N3/32(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100191 北京市海淀区学院路37号
主权项：	1.一种基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，包括：在所述试件上建立初始裂纹，确定所述裂纹的裂纹半长c；确定标识载荷的应力比Rm和基准载荷的应力比Rb，其中Rb≤0.5，Rm＝0.65+0.5Rb；按照标识载荷的应力比Rm和基准载荷的应力比Rb进行一根含初始裂纹的试件的疲劳裂纹扩展初步试验，在试验过程中得到基准载荷循环数Nb和标识载荷循环数Nm；施加含基准载荷循环数Nb的基准载荷和标识载荷循环数Nm的标识载荷，直至试件断裂；根据断裂试件的断口标识线判断基准载荷循环数Nb和标识载荷循环数Nm是否需要修正；若不需要，则利用基准载荷循环数Nb和标识载荷循环数Nm对同材料的其他试件进行裂纹扩展试验，获取裂纹扩展数据；若需要，则基于断口上的标识线获得沿表面方向的裂纹扩展数据(c，N)和沿深度方向的裂纹扩展数据(a，N)，根据c-N曲线和a-N曲线进行修正，利用修正后的基准载荷循环数Nb和标识载荷循环数Nm对同材料的其他试件进行裂纹扩展试验获取裂纹扩展数据。 2.如权利要求1所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，所述在试验过程中得到Nb和Nm包括：向含初始裂纹的试件施加应力比为Rm的标识载荷和应力比为Rb的基准载荷，记录基准载荷导致的裂纹扩展量Δb，c和使裂纹扩展Δb，c需要的基准载荷循环数Nb；根据计算Nm，其中，C和n是材料常数，f(Rm)为标识载荷的应力比Rm的函数；f(Rb)为基准载荷的应力比Rb的函数，Δm，c为标识载荷导致的裂纹在表面方向的扩展量，Δb，c为基准载荷导致的裂纹在表面方向的扩展量。 3.如权利要求2所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，裂纹扩展量Δb，c的预设范围为：0.1mm～min{0.3mm，(t-1.8mm)/20}；则，所述基准载荷循环数Nb的确定方法包括：在初步试验中跟踪裂纹前缘特征点B的位置，控制基准载荷的数量以使得B点的裂纹扩展量在0.1mm～min{0.3mm，(t-1.8mm)/20}之间，根据所述基准载荷的数量确定基准载荷循环数Nb。 4.如权利要求3所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，确定基准载荷循环数Nb的初步试验中，可采用基准载荷循环数逐级递减的载荷谱，在所述基准载荷循环数逐级递减的载荷谱中若干块连续的载荷谱块的基准载荷循环数恒定，且每个载荷谱块中基准载荷导致的裂纹扩展量都满足所述预设范围。 5.如权利要求1所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，所述根据断裂试件的断口标识线判断基准载荷循环数Nb和标识载荷循环数Nm是否需要修正包括：当断裂试件的断口标识线不可辨识时，则修正标识载荷循环数Nm；当断裂试件的断口标识线的间距不满足条件时，则修正基准载荷循环数Nb和标识载荷循环数Nm。 6.如权利要求5所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，所述修正基准载荷循环数Nb的方法包括：构建大谱块，所述大谱块中包括若干具有相同基准载荷循环数Nb和标识载荷循环数Nm的谱块；分析大谱块中导致标识线间距位于合理范围外的异常谱块；确定所述异常谱块的基准载荷循环总数m1Nb；基于断口上的标识线获得沿表面方向的裂纹扩展数据(c，N)和沿深度方向的裂纹扩展数据(a，N)，并得到c-N曲线和a-N曲线；根据c-N曲线和a-N曲线确定使每个谱块都能产生满足间距要求的裂纹扩展量的谱块数m1’；根据N′b＝m1Nb/m′1，获得修正后的基准载荷循环数Nb’。 7.如权利要求6所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，所述根据c-N曲线和a-N曲线确定使每个谱块都能产生满足间距要求的裂纹扩展量的谱块数m1’包括：将大谱块包含的m1Nb次载荷分为m1+1块；基于c-N曲线和a-N曲线，通过三点Lagrange插值法计算给定基准载荷循环数对应的c和a，确定重分后的每个谱块导致的裂纹扩展量Δc和Δa是否位于0.1mm～min{0.3mm，(t-1.8mm)/20}，若位于，则停止计算，否则将大谱块包含的m1Nb次载荷分的块数加1，再次重复本步骤的计算和判定。 8.如权利要求6所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，标识线间隔小于合理范围出现在大谱块的起始位置；标识线间隔大于合理范围出现在大谱块的结束位置。 9.如权利要求5所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，所述修正标识载荷循环数Nm的方法包括：判断标识线不可辨识是否源于标识线宽度不可测；若源于，则将标识载荷循环数由Nm提高至2Nm。 10.如权利要求5所述的基于标识载荷的板材表面裂纹扩展测试方法，其特征在于，所述修正标识载荷循环数Nm的方法包括：在标识线宽度可测的情况下，测量标识线在裂纹前缘特征点B的标识线宽度Δm，c；计算裂纹前缘特征点B的标识线宽度与裂纹在对应基准载荷谱块作用下的扩展量的比值Δm，c/Δb，c，利用修正中的以重新计算Nm。
所属类别：	发明专利