[发明专利]一种用于三维结构内部裂纹扩展试验测试系统

说明书

本发明提供了一种用于三维结构内部裂纹扩展试验测试系统，包括疲劳试验机(3)、夹具(2)、第一DIC设备(4)、第二DIC设备(5)，其特征在于：疲劳试验机(3)用于疲劳加载；双悬臂梁试样(1)作为检测裂纹的试件；夹具(2)用于连接和固定双悬臂梁试样(1)和疲劳试验机(3)；第一DIC设备(4)的第一镜头(401)、第一DIC设备(4)第二镜头(402)，第二DIC设备(5)的第一镜头(501)、第二DIC设备(5)的第二镜头(502)分别对准双悬臂梁试样(1)的上下表面，用于观测双悬臂梁试样(1)上下表面各个点的坐标变化。本发明能够使试验过程更接近实际加载过程，因此所测得的裂纹扩展行为更接近于实际情况，更具指导意义。

技术领域

本发明属于材料性能检测方法领域，具体是指一种用于三维结构内部裂纹扩展试验测试系统。

背景技术

近些年来，机器零件疲劳破坏的频繁发生。据相关统计，在航空工程相关的工程中，有60％-80％的损坏是由于材料的疲劳破坏所引起的，在汽车零部件相关的工程中，有大约85％的零件损坏是由于疲劳破坏引起的。这就迫使人们加强对疲劳损坏的进一步研究，而疲劳裂纹的检测尤为重要。

检测疲劳裂纹的方法有很多，起初受到设备和技术的限制，人们不得不用目测的方式观察工件表面是否产生裂纹，疲劳试验与表面观测是分开进行的，每加载一定次数后，将试样从疲劳试验机上卸下，再放在各种显微镜下直接观察。这种检测方式使得工件所受加载过程和真实情况下所受的加载过程相差很大，很可能会忽略了疲劳裂纹扩展的某些信息，因此，这种离位方式不能实时连续的跟踪、记录裂纹扩展的全过程。后来人们又探索出在位检测疲劳裂纹的方法，以求能够记录疲劳裂纹扩展的连续信息。普遍采用的有表面复型技术(Replica法)、超声法、射线法、磁粉法、声发射法等。不过它们多数适用于检测表面的裂纹扩展行为，对于内部裂纹扩展行为很难做到较为精确的检测，并且这些方法都存在着一定的弊端，比如操作繁琐，对人体健康产生影响，对环境条件要求高等

发明内容

针对各工程领域中机械设备零部件常常产生内部裂纹的问题，本发明设计了一种用于三维结构内部裂纹扩展试验测试系统，实时监测内部裂纹扩展行为，计算裂纹扩展速率，并且能够得到裂纹尖端的轮廓线。

本发明的技术方案提供了一种用于三维结构内部裂纹扩展试验测试系统，包括疲劳试验机、夹具、第一DIC设备、第二DIC设备，其特征在于：

疲劳试验机用于疲劳加载；

双悬臂梁试作为检测裂纹的试件；

夹用于连接和固定双悬臂梁试样疲劳试验机；

第一DIC设的第一镜头第一DIC设备的第二镜、第二DIC设备的第一镜头、第二DIC设备的第二镜头用于检测双悬臂梁试样上的裂纹尖端和裂纹轮廓；

第一DIC设备的第一镜头、第一DIC设备第二镜头，第二DIC设备的第一镜头、第二DIC设备的第二镜头分别对准双悬臂梁试样的上下表面，用于观测双悬臂梁试样上下表面各个点的坐标变化。

本发明还提供了一种用于三维结构内部裂纹扩展试验测试方法，具体包括：

步骤1、制备用于内部裂纹扩展行为检测的双悬臂梁试；

步骤2、将夹具上夹头和下夹头分别通过上夹头螺纹和下夹头螺纹安装连接在疲劳试验机的上下两端，将双悬臂梁试样的一端通过下销孔、下夹头销孔、第一定位销连接在下夹头上，通过升降疲劳试验的横梁调整相对位置，将双悬臂梁试样一端通过上销孔、上夹头销孔和第二定位安装连接在上夹头；

步骤3、分别对第一DIC设备，第二DIC设备单独标定：

步骤4、再通过对第一DIC设备、第二DIC设备整体标定，将第一DIC设备和第二DIC设备的局部坐标系经过旋转变换、位移变换以及坐标系尺度变化转换到一个整体坐标系中；