[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

说明书

本发明属于材料力学试验测试技术领域，特别是涉及到一种实现多种复合型裂纹扩展的试验装置及使用方法。该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。本发明能够实现标准化的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和不同复合比的Ⅰ/Ⅱ型、Ⅰ/Ⅲ型和Ⅱ/Ⅲ型复合裂纹扩展实验，且实验结果具有一定的对比性，可以为研究不同载荷复合比对复合型裂纹扩展行为的影响提供实验基础。

技术领域

本发明属于材料力学试验测试技术领域，特别是涉及到一种实现多种复合型裂纹扩展的试验装置及使用方法。

背景技术

实际工程结构中，裂纹多处于复合型变形状态，例如，航空航天与船舶结构中的加筋板和壳，它们的裂纹往往是张开型和滑开型并存的Ⅰ/Ⅱ型复合裂纹，大型旋转构件，如发电机轴等的裂纹往往是张开型和扭转形成的撕开型并存的Ⅰ/Ⅲ型复合裂纹。还有主要承受Ⅱ/Ⅲ型复合裂纹的滚珠轴承、铁路车轮和齿轮等。

由于复合型断裂问题的复杂性，复合型断裂实验迄今没有标准化。1990年Richard和Kuna设计的AFM(all fracture modes)试样及其特定的夹具由于装置十分复杂，实际实验操作不便，并没有实现多种复合型裂纹扩展实验。现有相关研究中采用的试验装置仅能实现单一形式的复合型裂纹扩展实验，所以目前研究采用多种几何试样和加载装置来进行多种形式的复合型裂纹扩展实验。但是不同的试样具有不同的几何结构，与此同时所对应的加载装置产生了不同的边界条件，因此必然带来实验测量上的误差。

复合型裂纹扩展试验装置采用相同尺寸的试样，通过不同构件之间的装配实现面内和面外的Ⅰ/Ⅱ型、Ⅰ/Ⅲ型和Ⅱ/Ⅲ型复合裂纹扩展试验，该装置系统的应用不但避免了试样试样几何尺寸的影响还减小了边界条件引起的误差。

复合型裂纹的扩展行为是材料疲劳和断裂的研究重点，现有的实验技术和方法当中亟需要一种新型的方案来解决复合型断裂实验的标准化问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种实用的且能够实现多种复合型裂纹扩展的试验装置及方法，以解决现有技术存在的上述问题。

本发明提出一种复合型裂纹扩展试验装置，其包括：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，可选地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。

基于如上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：