CN103604872B - 裂纹扩展声发射试验方法 - Google Patents

Abstract

一种裂纹扩展声发射试验装置，包括带有矩形中空空间的固定架，其特征是：试件至少一端通过连接装置与固定架的一侧的内壁连接，试件至少另一端通过加载装置与固定架另一侧的内壁连接；所述的加载装置中，加载头与试件连接，加载杆一端穿过固定架与连接板连接，另一端与加载头固定连接，在连接板与固定架的外壁之间设有液压装置，液压装置的端头设有压力传感器。一种采用上述的装置进行试验的方法，包括以下步骤：一、装载试件，二、液压装置加载，使试样产生裂纹扩展的声发射信号；通过上述步骤获得各种裂纹扩展声发射信号。本发明可以方便地按不同加载速度加载，因而可以产生多方向、复杂载荷情况，可使裂纹扩展声发射研究更贴近实际工况。

Description

裂纹扩展声发射试验方法

技术领域

本发明涉及一种裂纹试验装置及方法，特别是一种裂纹扩展声发射试验装置及试验方法。

背景技术

起重机、压力容器、桥梁等结构在服役一定年限后会出现裂纹的萌发和扩展，严重危害结构健康，如果不及时发现，可能带来灾难性后果。因此对结构裂纹早期检测与控制至关重要。裂纹在萌发或扩展时会以瞬态弹性波的方式释放应变能，产生声发射现象。声发射对裂纹极为敏感，声发射信号中包含着大量与结构特征、材料特性、载荷、环境等相关的信息。因此，可以利用声发射对结构进行无损检测，研究裂纹萌发、扩展的机理，实现对结构失效、动态裂纹发展的早期诊断。

采用声发射检测裂纹需要基于大量的模拟试验，通过裂纹扩展的声发射试验研究声发射信号与裂纹萌发、扩展，裂纹类型、结构载荷及结构材料之间的关系。目前，试验室产生裂纹扩展主要采用拉伸试验即使用拉力试验机对试件进行拉伸破坏，产生裂纹扩展的声发射现象，但拉伸试验只能单向加载，且对试件的尺寸、空间位置、声发射检测传感器布置等有诸多限制，难以进行多向、复杂载荷下裂纹扩展声发射试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种裂纹扩展声发射试验装置及试验方法，可用于产生不同材料在多向、复杂载荷下的多类型裂纹扩展，从而克服上述问题，满足试验研究与工程应用需求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种裂纹扩展声发射试验装置，包括带有矩形中空空间的固定架，其特征是：试件至少一端通过连接装置与固定架的一侧的内壁连接，试件至少另一端通过加载装置与固定架另一侧的内壁连接；

所述的加载装置中，加载头与试件连接，加载杆一端穿过固定架与连接板连接，另一端与加载头固定连接，在连接板与固定架的外壁之间设有液压装置，液压装置的端头设有压力传感器。

在液压装置与固定架外壁之间设有反力块，压力传感器安装在液压装置与反力块之间。

所述的试件为十字形试件，十字形试件中间设有横向或斜向的通槽，十字形试件的相邻两端通过连接装置与固定架的内壁连接，另外两端通过加载装置与固定架另一侧的内壁连接。

所述的试件为直线形试件，试件中部设有横向通槽或搭接缝。

所述的连接装置中，固定架连接头通过螺栓与固定架连接，夹持头上设有用于容纳试件端头的凹槽，并通过螺栓与试件端头连接，夹持杆一端与夹持头连接，另一端与固定架连接头连接。

所述的固定架连接头截面成“H”形，“H”形的中间连接部分位于固定架的内侧，并与夹持杆通过螺纹连接，螺栓位于固定架的外侧。

一种采用上述的装置进行裂纹扩展声发射试验的方法，还包括声发射检测系统，包括以下步骤：

一、装载试件，确保连接可靠，液压系统的活塞杆处于初始位置，压力传感器初始校准；

二、开始工作时，液压装置急速加载，使试件预制割缝或焊缝处出现裂纹并迅速扩展，产生裂纹突发扩展的声发射信号；

液压装置缓慢匀速加载，使试件预制割缝或焊缝处出现裂纹并缓慢扩展，产生裂纹匀速扩展的声发射信号；

液压装置按照复杂加载曲线进行加载，产生裂纹复杂扩展的声发射信号；

由声发射检测系统采集各种声发射信号；

三、分别更换不同结构的试件，产生如步骤二中的各种声发射信号；

通过上述步骤获得各种裂纹扩展声发射信号。

分别更换不同材料的试件，可以分别产生不同材料的裂纹扩展的声发射信号。

对于十字形试件，两个液压装置同时加载。

本发明提供的一种裂纹扩展声发射试验装置及试验方法，可以方便地按不同加载速度加载，因而可以产生多方向、复杂载荷情况，可使裂纹扩展声发射研究更贴近实际工况。试件、加载方向、加载速度可以人为设定，增加了试验研究中可控制变量，有利于理论分析。操作方便，试件制造简单，成本低廉，可应用金属、非金属等各种材料的试验研究，适用范围广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中加载装置的爆炸视图。

图3为本发明中连接装置的结构示意图。

图4为本发明简化结构的示意图。

图5为本发明中带横向槽十字形试件的结构示意图。

图6为本发明中带横向槽直线形试件的结构示意图。

图7为本发明中带搭接缝直线形试件的结构示意图。

图8为本发明中带斜向槽十字形试件的结构示意图。

图中：加载装置1，固定螺栓11，加长杆连接螺栓12，连接板13，液压装置14，加长杆15，压力传感器16，反力块17，加载杆18，加载头19，固定架2，连接装置3，固定架连接头31，夹持杆32，夹持头33，试件4，声发射检测系统5。

具体实施方式

如图1~4中，一种裂纹扩展声发射试验装置，包括带有矩形中空空间的固定架2，试件4至少一端通过连接装置3与固定架2的一侧的内壁连接，试件4至少另一端通过加载装置1与固定架2另一侧的内壁连接；

所述的加载装置1中，加载头19与试件4连接，加载杆18一端穿过固定架2与连接板13连接，另一端与加载头19固定连接，在连接板13与固定架2的外壁之间设有液压装置14，液压装置14的端头设有压力传感器16。由此结构，通过液压装置14即可实现拉伸试件4，在试件4上如图1中的黑点位置放置声发射传感器，通过声发射检测系统5采集声发射信号，即可对各种声发射现象进行研究。

如图1~2中所示，在液压装置14与固定架2外壁之间设有反力块17，压力传感器16安装在，液压装置14与反力块17之间。液压装置14中的液压杆顶住反力块17，即可实现拉伸试件4，同时可以得到加载的应力数值。

如图1、5、8中所示，所述的试件4为十字形试件，十字形试件中间设有横向或斜向的通槽，十字形试件的相邻两端通过连接装置3与固定架2的内壁连接，另外两端通过加载装置1与固定架2另一侧的内壁连接。十字形试件同时具有张开型、滑开型试件的受力特点，因此，可同时产生张开型和滑开型裂纹，也即复合型裂纹；复合型试件共有四个端，其中两个相邻端为固定端另外两个相邻端为加载端；四个端上各开有一个通孔，分别可用于夹持、固定及施加载荷。

如图6、7中所示，所述的试件4为直线形试件，试件中部设有横向通槽或搭接缝。搭接缝试件为滑开型试件“搭接”处设计有焊缝；在加载过程中，焊缝处容易产生应力集中，导致滑开型裂纹的产生；滑开型试件共有两个端，各端上都开有一个通孔，可用于夹持、固定及施加载荷。

如图3中所示，所述的连接装置3中，固定架连接头31通过螺栓与固定架2连接，夹持头33上设有用于容纳试件4端头的凹槽，并通过螺栓与试件4端头连接，夹持杆32一端与夹持头33连接，另一端与固定架连接头31连接。

如图1、3中所示，所述的固定架连接头31截面成“H”形，“H”形的中间连接部分位于固定架2的内侧，并与夹持杆32通过螺纹连接，螺栓位于固定架2的外侧。由此结构，连接装置3的位置可以适应试件4的位移，以尽量减少对声发射信号的影响。

一种采用上述的装置进行裂纹扩展声发射试验的方法，还包括声发射检测系统5，声发射检测系统5包括工控机（包括声发射信号采集系统、微型计算机和配套软件）、声发射传感器、传感器固定夹。试验方法包括以下步骤：

一、装载试件，确保连接可靠，试件4处于拉紧状态，试件4与夹持头33可根据需要采用橡胶垫片配合，避免试件4与夹持头33、螺栓直接接触产生干扰；液压系统的活塞杆处于初始位置，压力传感器初始校准；

二、开始工作时，液压装置14急速加载，使试件预制割缝或焊缝处出现裂纹并迅速扩展，产生裂纹突发扩展的声发射信号；

液压装置14缓慢匀速加载，使试件预制割缝或焊缝处出现裂纹并缓慢扩展，产生裂纹匀速扩展的声发射信号；

液压装置14按照复杂加载曲线进行加载，产生裂纹复杂扩展的声发射信号；

由声发射检测系统采集各种声发射信号；

三、分别更换不同结构的试件4，产生如步骤二中的各种声发射信号；

通过上述步骤获得各种裂纹扩展声发射信号。

优选的，分别更换不同材料的试件，可以分别产生不同材料的裂纹扩展的声发射信号。

优选的，对于十字形试件，两个液压装置14同时加载。

尽管业已结合附图和具体实例对本发明的裂纹扩展声发射试验装置及试验方法进行了说明，本领域技术人员可以理解的是，所公开的具体方案是说明性的，而不是限定性的，在不违背本发明所披露的原理和构思的前提下，可以对上述方案进行各种改变和变形，这样的改变都属于权利要求书中限定的本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种裂纹扩展声发射试验方法，包括带有矩形中空空间的固定架（2），试件（4）至少一端通过连接装置（3）与固定架（2）的一侧的内壁连接，试件（4）至少另一端通过加载装置（1）与固定架（2）另一侧的内壁连接；

所述的加载装置（1）中，加载头（19）与试件（4）连接，加载杆（18）一端穿过固定架（2）与连接板（13）连接，另一端与加载头（19）固定连接，在连接板（13）与固定架（2）的外壁之间设有液压装置（14），液压装置（14）的端头设有压力传感器（16）；

还包括声发射检测系统（5），其特征是包括以下步骤：

一、装载试件，确保连接可靠，液压系统的活塞杆处于初始位置，压力传感器初始校准；

二、开始工作时，液压装置（14）急速加载，使试件预制割缝或焊缝处出现裂纹并迅速扩展，产生裂纹突发扩展的声发射信号；

液压装置（14）缓慢匀速加载，使试件预制割缝或焊缝处出现裂纹并缓慢扩展，产生裂纹匀速扩展的声发射信号；

液压装置（14）按照复杂加载曲线进行加载，产生裂纹复杂扩展的声发射信号；

由声发射检测系统采集各种声发射信号；

三、分别更换不同结构的试件（4），产生如步骤二中的各种声发射信号；

通过上述步骤获得各种裂纹扩展声发射信号。

2.根据权利要求1所述的一种裂纹扩展声发射试验方法，其特征是：在液压装置（14）与固定架（2）外壁之间设有反力块（17），压力传感器（16）安装在液压装置（14）与反力块（17）之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种裂纹扩展声发射试验方法，其特征是：所述的试件（4）为十字形试件，十字形试件中间设有横向或斜向的通槽，十字形试件的相邻两端通过连接装置（3）与固定架（2）的内壁连接，另外两端通过加载装置（1）与固定架（2）另一侧的内壁连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种裂纹扩展声发射试验方法，其特征是：所述的试件（4）为直线形试件，试件中部设有横向通槽或搭接缝。

5.根据权利要求1所述的一种裂纹扩展声发射试验方法，其特征是：所述的连接装置（3）中，固定架连接头（31）通过螺栓与固定架（2）连接，夹持头（33）上设有用于容纳试件（4）端头的凹槽，并通过螺栓与试件（4）端头连接，夹持杆（32）一端与夹持头（33）连接，另一端与固定架连接头（31）连接。

6.根据权利要求1所述的一种裂纹扩展声发射试验方法，其特征是：所述的固定架连接头（31）截面成“H”形，“H”形的中间连接部分位于固定架（2）的内侧，并与夹持杆（32）通过螺纹连接，螺栓位于固定架（2）的外侧。

7.根据权利要求1所述的一种裂纹扩展声发射试验的方法，其特征是：分别更换不同材料的试件，可以分别产生不同材料的裂纹扩展的声发射信号。

8.根据权利要求1或7所述的一种裂纹扩展声发射试验的方法，其特征是：对于十字形试件，两个液压装置（14）同时加载。