[发明专利]一种实现多种复合型裂纹扩展的试验装置及使用方法

权利要求书

1.一种实现多种复合型裂纹扩展的试验装置，其特征在于，所述装置包括：四个扇形弧板、两个U型钩、两个调节试样位置的带孔垫块，及若干复合型裂纹扩展试样；

所述扇形弧板上具有三组通孔H_1,i、H_2,i和H_3,i，i＝1,...,N，N为每组通孔的个数；每组通孔的圆心置于扇形弧板的同一半径上且等弧度间距排布，且每组通孔的最两端两个通孔H_j,1和H_j,N，j＝1,2,3相对于扇形弧板的圆心呈90度弧度关系；

所述U型钩通过其上的通孔，与扇形弧板上的通孔通过螺钉固连，从而通过U型钩对扇形弧板施加不同方向的载荷；

所述复合型裂纹扩展试样为板状结构，试样外形尺寸接近标准CT试样；

所述试验装置进行复合型裂纹扩展试验的使用方法，包括如下三种情形：

情形1：Ⅰ/Ⅱ型复合裂纹扩展试验的试验方法，包括如下步骤：

步骤1.1：两组扇形弧板分别通过螺栓固定于复合型裂纹扩展试样两侧，且保证扇形弧板的板状平面与试样板状结构的板状平面互相平行且紧密贴合，同时两组扇形弧板上第一组通孔中的H_1,1的连线与所述复合型裂纹扩展试样的初始裂纹共面，两组扇形弧板上第一组通孔中的H_1,N的连线与所述复合型裂纹扩展试样的初始裂纹方向呈垂直关系；

步骤1.2：两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第一组通孔中的H_1,N连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样呈Ⅰ型加载状态，裂纹为张开型；

步骤1.3：依次调整两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第一组通孔中的H_1,N-1，H_1,N-2，…，H_1,2连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样承受不同程度的Ⅰ型和Ⅱ型复合加载状态，裂纹为张开型和滑开型并存；

步骤1.4：调整两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第一组通孔中的H_1,1连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样呈Ⅱ型加载状态，裂纹为滑开型；

情形2：Ⅰ/Ⅲ型复合裂纹扩展试验的试验方法，包括如下步骤：

步骤2.1：四块扇形弧板，每两块一组通过螺栓连接在一起，扇形弧板垂直于试样长度方向放置，通过扇形弧板厚度方向的孔位与带孔垫块和试样紧固在一起，且保证两组扇形弧板、带孔垫块及试样三者紧密贴合，同时两组扇形弧板上第二组通孔中的H_2,1的连线经过试样厚度中心，且与所述复合型裂纹扩展试样的裂纹面呈垂直关系，两组扇形弧板上第二组通孔中的H_2,N的连线与所述复合型裂纹扩展试样的初始裂纹面位于同一平面内；

步骤2.2：两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第二组通孔中的H_2,N连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样呈Ⅲ型加载状态，裂纹为撕开型；

步骤2.3：依次调整两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第二组通孔中的H_2,N-1，H_2,N-2，…，H_2,2连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样承受不同程度的Ⅰ型和Ⅲ型复合加载状态，裂纹为张开型和撕开型并存；

步骤2.4：调整两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第二组通孔中的H_2,1连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样的裂纹呈Ⅰ型加载状态，裂纹为张开型；

情形3：Ⅱ/Ⅲ型复合裂纹扩展试验的试验方法，包括如下步骤：

步骤3.1：四块扇形弧板，每两块一组通过螺栓连接在一起，扇形弧板平行于试样长度方向放置，通过扇形弧板厚度方向的孔位与带孔垫块和试样紧固在一起，且保证两组扇形弧板、带孔垫块及试样三者紧密贴合，同时两组扇形弧板上第三组通孔中的H_3,1的连线经过试样厚度中心，两组扇形弧板上第三组通孔中的H_3,N的连线经过带孔垫块中心，且与上述通孔连接的U型钩夹持端施力点的连线与所述复合型裂纹扩展试样的初始裂纹面位于同一平面内；

步骤3.2：两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第三组通孔中的H_3,N连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样呈Ⅲ型加载状态，裂纹为撕开型；

步骤3.3：依次调整两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第三组通孔中的H_3,N-1，H_3,N-2，…，H_3,2连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样承受不同程度的Ⅱ型和Ⅲ型复合加载状态，裂纹为滑开型和撕开型并存；

步骤3.4：调整两个U型钩分别通过两组螺栓与两组扇形弧板上第三组通孔中的H_3,1连接，并通过U型钩夹持端与试验机相连传递载荷，使得复合型裂纹扩展试样呈Ⅱ型加载状态，裂纹为滑开型。