[发明专利]一种线性梯度材料裂纹扩展速率测试方法

摘要

本发明公开了一种线性梯度材料裂纹扩展速率测试方法，通过疲劳试验机对紧凑拉伸试件施加交变载荷，在试验控制端重新编写参数之间函数关系，引入针对裂纹长度测量的梯度修正项和针对载荷计算的梯度修正项，准确控制试验进程并自动修正获取试验数据，得到梯度材料裂纹扩展速率；本发明的优点为：适用于线性梯度材料的裂纹扩展速率测试，期间无需人为干预，试验自动进行，有较高精度。

主权项

1.一种线性梯度材料裂纹扩展速率测试方法，其特征在于，通过下述步骤完成：步骤1、参照实验标准《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法(GB/T6398)》中推荐尺寸加工紧凑拉伸试件；步骤2、线性梯度试件中，含缺口一端的弹性模量记为E1，梯度方向另外一端对应弹性模量为E2，计算模量比β＝E2/E1；步骤3、将试件装夹至疲劳实验机并安装引伸计，预置裂纹后开始测试；步骤4、考虑模量梯度的影响，对基于裂纹张开位移的卸载柔度法进行修正，以准确测量裂纹长度的具体方法为：a/W＝1.0012‑4.9165U+23.057U2‑323.91U3+1798.3U4‑3513.2U5+f(U,β)式中：a为裂纹长度；W为试件有效宽度；f(U,β)为针对裂纹长度测量的梯度修正项；U为无量纲化的卸载柔度，计算公式如下：U＝(0.2+0.8β)E1×B×(V/P)其中B为试件厚度，V/P为疲劳加载循环中卸载阶段的裂纹张开位移‑载荷曲线的斜率，裂纹张开位移V由引伸计测量，载荷P由实验机传感器反馈；梯度材料中模量变化，为简化处理，将模量定义为缺口测模量E1以及模量比β的函数；步骤5、测试过程依据当前裂纹长度对疲劳载荷进行调整，对应关系如下：式中：ΔK为一个疲劳循环载荷对应的应力强度因子幅值，a0为预置的疲劳裂纹长度；Kmax为测试过程中需要测量的应力强度因子的最大值，需要人为给定，且不大于材料断裂韧性KIC；C为降载梯度；R＝Pmax/Pmin为疲劳载荷的应力比；步骤6、将应力强度因子幅值转换为实验设备所能识别的载荷值，如下式：其中g(a/W,β)为针对载荷计算的梯度修正项；步骤7、测试过程中裂纹每扩展Δa记录当前裂纹长度a、总加载循环数N以及当前载荷对应的应力强度因子幅值ΔK；步骤8、参照实验标准《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法(GB/T6398)》处理试验数据，将记录的a‑N‑ΔK的试验数据转化为疲劳裂纹扩展速率。