[发明专利]一种基于等效M积分的材料损伤面积标定方法

说明书

一种评定复杂缺陷损伤等级的方法，具体是一种基于等效M积分的材料损伤面积标定方法，具体为先选取材料中包围缺陷的远场闭合积分路径C，沿闭合积分路径C计算缺陷的M积分，所得结果记为M_D；再令M_D等于弹性材料中圆孔缺陷的M积分M_hole，即M_D＝M_hole＝4Aσ²/E，其中，A为圆孔面积，σ为外载荷，E为材料弹性模量；再将材料中的缺陷的等效面积记为A_D，则由步骤二可得，M_D＝M_hole＝4A_Dσ²/E，得A_D＝M_DE/(4σ²)；最后根据步骤三得到的材料中的缺陷的等效面积A_D的大小判断材料的损伤程度。本发明方法适用于各种不同的缺陷及缺陷群，能够对于不同的缺陷形貌进行损伤程度分级，其标定过程简单方便，可用于评估航天、航空、机械等领域各种形式的材料损伤与结构完整性。

【技术领域】

本发明涉及一种评定材料缺陷损伤等级的方法，特别涉及一种基于等效M积分的材料损伤面积标定方法。

【背景技术】

材料或构件在使用中难免会有各类缺陷损伤形成，例如，疲劳损伤、荷载损伤和腐蚀损伤等，即使是全新加工制作的构件也难免有各种缺陷。缺陷可分为材料表面缺陷和材料内部缺陷。通常来讲，材料缺陷会使产品等级下降。更为重要的是，无论是表面缺陷还是内部缺陷，都将会给材料、结构带来严重的力学性能下降，引起应力集中现象，从而会非常严重地影响材料的使用性能。因而，对材料进行缺陷分析就显得十分必要，及时对材料或构件的缺陷损伤进行有效标定，有利于减少损失，保障结构安全。

传统的缺陷标定大多是用人工的方法，使用肉眼(或在放大镜下)观测材料，凭借经验来对缺陷进行评估。但肉眼识别有一定的局限性，对于缺陷的损伤程度我们往往根据其直观几何面积判断，无法对它的实际损伤面积进行标定，例如，一个裂纹的损伤面积，如果按照其几何面积计算的话，应该为零，这显然不符合实际损伤情况。又如，几何面积相同的圆孔缺陷和椭圆孔缺陷对材料造成的损伤却完全不同。实际上，缺陷对材料的损伤程度来说，裂纹大于椭圆孔，椭圆孔大于圆孔。进一步的，对于多个复杂缺陷的情况，缺陷的尺寸和形状变化很大，人工分类比较困难，也无法表征缺陷间的相互干涉作用。因此，通过直观观测缺陷几何面积判断实际损失程度，往往缺乏准确性，工程实用差。

传统的人工标定方法已经不能适应现代工业生产对缺陷检测分析和评估的要求。目前应用较多的缺陷检测及质量分级办法中，最具代表性的是无损检测，其原理为：利用物质的某些物理性质因存在缺陷或组织结构上的差异使其物理量发生变化这一现象，在不损伤被检物质使用性能及形态的前提下，通过测量这些物理量的变化来了解和评价被检测的材料，是针对产品和设备构件的性质、状态、质量或内部结构等的一种特殊的检测技术。常用的无损检测方法包括：射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。