[发明专利]一种T型波保载试验的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率的测试方法

说明书

本发明公开了一种T型波保载试验的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率的测试方法，属于材料疲劳测试技术领域。该方法为：加工待测SEB试样；确定应力强度因子范围△K及试验载荷范围△F；编辑试验加载程序，采用T形波作为加载波形；预制裂纹并依据柔度法测量出试样的弹性模量E；根据试验加载程序开始试验，采集时间、载荷、位移、COD规应变量、循环寿命等原始数据，直到试样完全断裂，然后将获得的原始数据代入柔度法计算公式计算试样裂纹长度；对获得的多个试样的疲劳寿命N_f和裂纹长度a数据进行数据处理，获得该材料在梯型波加载条件下的稳态裂纹扩展速率；并将裂纹扩展量为0.5mm时对应的循环寿命作为试样在T梯型波加载条件下的萌生寿命。

技术领域

本发明涉及材料疲劳测试技术领域，具体涉及一种T型波保载试验的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率的测试方法。

背景技术

海洋占地球总面积的70％，占地球生存空间的90％以上。在广袤的海洋世界里，海洋影响陆地上的气候和天气现象，大量海洋动植物是人类重要的食物来源。海洋拥有丰富的自然资源可供人类开发利用，包括水资源、生物资源、矿产资源、空间资源以及能量资源等。虽然人类很早就开始对海洋进行探索和开发，从最早的潜水到现在的深海探测器逐步增加对海洋的了解。但是，人类到目前为止只能探索大约5％的海底。剩下的95％的海洋仍然是个谜。

随着科学技术的发展，人类逐步加大对海洋的开发和利用，活动半径逐步深入向深海，在深海的活动范围逐渐增加，就需要发展深海探测技术。深海勘探是一项极具挑战性的活动，需要先进的设备、庞大的预算、勇敢和有经验的人员。位于大洋深处的深潜器一旦发生危险就会造成巨大的损失，因此深海探测器对材料的使用要求非常苛刻，必须保证深潜器的服役安全。

深海探测器在整个下潜和上浮的过程中并不是直接到达目标位置，而是一个逐步缓慢下潜的过程，深海探测器的整个下潜过程分成很多下潜单元，每次下潜到目标深度后进行一定时间的保载后才能够继续下潜，上浮过程与之相反。因此深潜器在整个下潜和上浮过程中受到的是T型波。

深潜器复杂的工作环境要求我们必须保证其服役安全性，需要开展对深潜器材料在高压下的服役可靠性研究，准确测试出材料的疲劳断裂性能是整个研究的基础。因此，我们要能够准确测试出该材料在T型波保载试验的疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率。

现阶段的测试软件只能实现测量加载波形为正弦波或者三角波的疲劳裂纹扩展速率，无法测量加载波形为T形波的材料疲劳裂纹扩展速率试验。从而无法准确评价深潜器材料的疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率，进而无法为深潜器的服役可靠性设计提供数据支持。

由疲劳断裂导致的金属构件失效破坏往往具有突发性、灾难性的特点，深潜器由于其工作环境的复杂性一旦发生故障根本无法救援，会产生严重的政治、经济影响，后果不堪设想。疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率作为材料疲劳测试中的重要参数，决定了探测器构件的服役可靠性，因此必须准确测量深潜器材料的疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率。

现有的测试软件只能测量加载波形为三角波或正弦波条件下的材料疲劳裂纹扩展速率，无法直接测量加载波形为T形波的材料疲劳裂纹扩展速率，因此需要开发一种新的测试方法来准确模拟深潜器在下潜或者上浮过程中的受力状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种T型波保载试验的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率的测试方法，主要用于实现加载条件为T型波的材料疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率的测试，能够准确获得T型波保载试验的三点弯曲试样疲劳裂纹萌生寿命及裂纹扩展速率数据。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种T型波保载试验的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率的测试方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据材料实际情况设计并加工待测试样结构，待测试样为三点弯曲(SEB)试样；