CN105675414B - 力电耦合测裂纹扩展速率检测方法 - Google Patents

力电耦合测裂纹扩展速率检测方法 Download PDF

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    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces

Abstract

本发明公开了一种力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，包括如下步骤：将介电弹性体薄膜材料粘结在被测试样或结构中易产生疲劳裂纹的区域；在粘结好的介电弹性体薄膜材料两侧安装位移传感器和计时器，并将位移传感器、计时器分别与电源和安装了换算成疲劳裂纹扩展速率的计算机程序的计算机相连；开始疲劳测试，对试样或结构施加交变载荷，并启动位移传感器、计算机和计时器，计算机利用位移和电压信号之间的换算关系把采集到的电压信号换算成位移量，然后根据计时器发送的时间与所得的位移量完成裂纹扩展速率的计算。本发明简单易行，且所得结果精度较高。

Description

力电耦合测裂纹扩展速率检测方法
技术领域
本发明涉及材料疲劳性能检测技术领域，具体涉及一种力电耦合测裂纹扩展速率检测方法。
背景技术
金属管道在长期的服役过程中会在表面产生裂纹，准确预测金属表面裂纹扩展速率已成为金属管道安全评价的关键问题之一。
现有的裂纹扩展速率测量方法包括了目测法、柔度法、电位法等。这些方法中目测法最为常用，但是在试样承受疲劳载荷振动幅度较大时，存在在试验过程中难以读数的问题，必须中断试验进行测量，测量精度受人为因素影响；腐蚀疲劳中腐蚀介质透明程度也直接影响该方法的效果，不透明的介质中无法使用目测法对裂纹长度进行测量；在复杂结构中，人员难以观察到的部位无法采用目测法，即使借助辅助光学仪器，也将带来照明、空间等一系列问题。柔度法和电位法通过间接读取其它物理量的变化值换算裂纹扩展长度，但也存在着各自的限制，首先两者皆需要在使用前标定裂纹扩展长度与所测物理量之间的关系，而标定工作本身就较为复杂和繁琐，且容易引入误差，降低测量精度；其次柔度法对空间也有一定的要求，需要被测部位周围能够容纳引伸计的安装，在复杂结构中的使用中可能因此受到限制，在腐蚀疲劳和高低温疲劳等环境疲劳试验中也将增加试验环境密封的难度；电位法则需要被测试样为导体，易受各种因素(如试样材料导电性、导线与试样连接位置、氧化物和环境影响等)的干扰而降低测量精度；需要额外在试样与加力系统间采取绝缘措施；含水介质中疲劳裂纹扩展测定时可能造成电化学影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，精度较高、简单易行。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，包括如下步骤：
S1、将介电弹性体薄膜材料粘结在被测试样或结构中易产生疲劳裂纹的区域；
S2、在粘结好的介电弹性体薄膜材料两侧安装位移传感器和计时器，并将位移传感器、计时器分别与电源和安装了换算成疲劳裂纹扩展速率的计算机程序的计算机相连；
S3、开始疲劳测试，对试样或结构施加交变载荷，并启动所述位移传感器、所述计算机和所述计时器，随着裂纹的萌生和扩展，粘结在试样或结构表面的介电弹性体薄膜材料会被拉伸，位移传感器将检测到的位移量通过电压信号输出到所述计算机，计时器将每个位移量发生所对应的时间发送到所述计算机，所述计算机利用位移和电压信号之间的换算关系把采集到的电压信号换算成位移量，然后根据计时器发送的时间与所得的位移量完成裂纹扩展速率的计算。
优选地，所述位移传感器采用电涡流传感器。
优选地，所述计时器为高精度计时器。
优选地，粘结时采用弹性体粘合剂。
本发明具有以下有益效果：
通过测量粘结在被测试样或结构中易产生疲劳裂纹的区域的介电弹性体薄膜材料在疲劳试验中产生的位移量以及每个位移产生所花费的时间进行扩展速率的计算，简单易行，且所得结果精度较高。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，包括如下步骤：
S1、将介电弹性体薄膜材料粘结在被测试样或结构中易产生疲劳裂纹的区域；
S2、在粘结好的介电弹性体薄膜材料两侧安装位移传感器和计时器，并将位移传感器、计时器分别与电源和安装了换算成疲劳裂纹扩展速率的计算机程序的计算机相连；
S3、开始疲劳测试，对试样或结构施加交变载荷，并启动所述位移传感器、所述计算机和所述计时器，随着裂纹的萌生和扩展，粘结在试样或结构表面的介电弹性体薄膜材料会被拉伸，位移传感器将检测到的位移量通过电压信号输出到所述计算机，计时器将每个位移量发生所对应的时间发送到所述计算机，所述计算机利用位移和电压信号之间的换算关系把采集到的电压信号换算成位移量，然后根据计时器发送的时间与所得的位移量完成裂纹扩展速率的计算。
所述位移传感器采用电涡流传感器。
所述计时器为高精度计时器。
粘结时采用弹性体粘合剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将介电弹性体薄膜材料粘结在被测试样或结构中易产生疲劳裂纹的区域；
S2、在粘结好的介电弹性体薄膜材料两侧安装位移传感器和计时器，并将位移传感器、计时器分别与电源和安装了换算成疲劳裂纹扩展速率的计算机程序的计算机相连；
S3、开始疲劳测试，对试样或结构施加交变载荷，并启动所述位移传感器、所述计算机和所述计时器，随着裂纹的萌生和扩展，粘结在试样或结构表面的介电弹性体薄膜材料会被拉伸，位移传感器将检测到的位移量通过电压信号输出到所述计算机，计时器将每个位移量发生所对应的时间发送到所述计算机，所述计算机利用位移和电压信号之间的换算关系把采集到的电压信号换算成位移量，然后根据计时器发送的时间与所得的位移量完成裂纹扩展速率的计算。
2.根据权利要求1所述的力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，其特征在于，所述位移传感器采用电涡流传感器。
3.根据权利要求1所述的力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，其特征在于，所述计时器为高精度计时器。
4.根据权利要求1所述的力电耦合测裂纹扩展速率检测方法，其特征在于，粘结时采用弹性体粘合剂。
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