申请/专利权人：洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所)

申请日：2024-03-25

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN117935997A

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;G01N3/20;G01N3/32;G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.14#实质审查的生效;2024.04.26#公开

摘要：本发明提供了一种金属材料疲劳裂纹尖端塑性区的动态测量方法，包括如下步骤：S1：选择一组试样中的1件，进行dadN试验，建立r0和V的数学关系；S2：编制计算程序，根据V值实时动态观察r0值的变化；S3：继续进行其它试样的dadN试验，试验过程中连续监测试样裂纹嘴处张开位移变化量V，同时启动步骤S2所编制的程序，塑性区尺寸和裂纹长度之比达到预设值时停止试验；S4：根据所获得的试验数据，按照Paris公式拟合形式，得到dadN和△K的有效方程。本发明操作简单，避免试验结束后再去进行大量数据计算和评估，节约试验成本和试验时间，提高试验效率，为工程结构设计提供安全支撑。

主权项：1.一种金属材料疲劳裂纹尖端塑性区的动态测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：选择一组试样中的1件，进行疲劳裂纹扩展速率dadN试验，建立裂纹尖端塑性区尺寸r0和试样裂纹嘴处张开位移变化量V的关系；其中，在步骤S1中，包括如下步骤：S11：选择一组试样中的1件，设置试验参数和数据采集方式，直至试样断裂，其中，试验参数包括载荷幅、试验频率、应力比、试验环境；S12：根据所获得的试验数据，计算相应周次下裂纹尖端塑性区尺寸r0值；在疲劳裂纹扩展速率dadN试验中，试样采用三点弯曲SEB形式，在步骤S12中，试样裂纹尖端处于平面应力状态时，根据式（1）计算裂纹尖端的塑性区尺寸： （1）式中，r0—裂纹尖端塑性区尺寸，mm；K—裂纹尖端应力强度因子，MPa·m0.5；Rp0.2—材料的屈服强度，MPa；对于SEB试样，K的表达式为： （2）式中，Y—无量纲形状因子，和试样形状有关；σ—外加应力，MPa；a—裂纹长度，mm；SEB试样的形状因子Y为： （3）式中，a为裂纹长度，mm；W为试样宽度，mm；β=aW为归一化裂纹长度，无量纲；S13：计算系列r0与裂纹长度a的比值r0a；不同循环周次下的疲劳裂纹长度根据柔度法测量，归一化裂纹长度表达如下： （5）式中，aW为归一化裂纹长度，C0、C1、C2、C3、C4、C5为柔度系数，Ux为无量纲柔度，Ux和试验材料的弹性模量、试样尺寸、试验载荷有关，表达如下： （6）式中，B为试样厚度，mm；Vr为试样裂纹嘴处张开位移，mm；E为材料的弹性模量，MPa；P为试验载荷，N；S14：根据以上计算的不同周次下的r0a值，以及相应周次下采集到的裂纹嘴处张开位移的变化量V值，拟合V和r0a的数学关系；其中，V=Vmax-Vmin，Vmax为裂纹嘴处张开最大位移，Vmin为裂纹嘴处张开最小位移，Vmax、Vmin为在试验中采集获得；S15：确定试样裂纹嘴处张开位移变化量的临界值Vc；S16：根据步骤S12中计算的r0值和步骤S14中计算的V值，依据获得不同循环次数下系列的r0值和V值，采用最小二乘法拟合r0和V的数学关系，建立裂纹尖端塑性区尺寸r0和试样裂纹嘴处张开位移变化量V的关系；S2：编制计算程序，根据宏观可测量、可实时显示的V值，实现实时动态观察r0值的变化；S3：继续进行其它试样的dadN试验，试验过程中连续监测试样裂纹嘴处张开位移变化量V，同时启动步骤S2所编制的程序，实时动态监测r0值的变化，塑性区尺寸和裂纹长度之比达到预设值Q时停止试验；S4：根据所获得的试验数据，按照Paris公式拟合形式，得到dadN和△K的有效方程。

全文数据：

权利要求：

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