CN109030248B - I-ii复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及力学实验装置技术与测试方法领域，旨在解决现有技术中的裂纹疲劳扩展速率试验装置不能方便地实现试样的对中、试验精度和可靠性不足的问题，提供I‑II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置及试验方法。I‑II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置包括两个夹具，用于分别夹持试样的两端；每个夹具均包括两个板面相对的夹板和连接两个夹板的锁紧结构；锁紧结构被配置成能够锁紧两个夹板使其夹持试样或松开两个夹板使其松开试样；夹具被配置成能够以使试样的对应端夹于其两个夹板之间且连接在其锁紧结构上的形式夹持在试样的对应端。本发明的有益效果是能够方便地确保所夹持的试样处于正确的例如对中的位姿，进而确保实现的精确和可靠性。

Description

I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及力学实验装置技术与测试方法领域，具体而言，涉及I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置及试验方法。

背景技术

实际结构工程中(如压力容器、管轴、叶片)的裂纹、孔洞等缺陷往往处于复杂应力状态，I-II复合型裂纹疲劳扩展研究有更符合实际的工程背景。

现有技术中的测试方法和装置，试样嵌入夹具的加载槽由销钉连接实现加载，由于试样与加载槽壁存在缝隙，使得加载载荷难以恰好通过试样厚度的对称面，进而试样两面裂纹扩展不对称，造成裂纹扩展长度测量有较大误差，且存在不能方便地实现I-II复合型裂纹疲劳扩展速率测试、测量精度较低、试验过程复杂、不便于普及和应用等问题中的至少一个。

发明内容

本发明旨在提供一种I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置，以解决现有技术中的裂纹疲劳扩展速率试验装置不能方便地实现试样的对中、试验精度和可靠性不足的问题。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供一种I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置，用于I-II复合型裂纹疲劳扩展速率检测，其包括：

两个夹具，用于分别夹持试样的两端；每个所述夹具均包括两个板面相对的夹板和连接两个所述夹板的锁紧结构；夹具的两个所述夹板被配置成能够沿垂直于两者板面的方向相对靠近或相对远离，以限定能够夹持试样或松开试样的夹持口；所述锁紧结构被配置成能够锁紧两个夹板使其夹持试样或松开两个夹板使其松开试样；所述夹具被配置成能够以使试样的对应端夹于其两个夹板之间且连接在其锁紧结构上的形式夹持在试样的对应端。

本实施例中的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置使用时，先朝相反的方向外拉两个夹具，通过夹板、锁紧结构对夹于夹具的试样施加预拉力，该预拉力使试样自适应地调整至结构限定的位姿并稳定保持于该位姿不动；然后通过锁紧结构锁紧夹具的两个夹板，使两夹板夹紧试样。由于施加于试样的预拉力存在，在用锁紧结构锁紧夹板时试样的位姿是保持确定位置不动，而两个夹板则受锁紧结构的锁紧作用而靠近和夹紧试样，从而能够方便地实现确保试样处于所需位姿的试样夹持操作，避免试样在锁紧时受力改变位置导致的夹持不对中等问题，影响试验的精度和可靠性。

在本实施例的一种实施方式中：

还包括两个加载头，两个加载头分别连接两个所述夹具，并能够向两个夹具施加方向相反的荷载，以对试样施加拉伸荷载。

在本实施例的一种实施方式中：

所述加载头枢接连接对应的夹具。

在本实施例的一种实施方式中：

所述加载头包括连接块和连接于所述连接块的传力销钉；

所述夹具上开设有若干贯穿其两个夹板的通孔，所述夹具通过其通孔和传力销钉的转动配合枢接于所述加载头。

在本实施例的一种实施方式中：

在两个夹具夹持一个试样的工作状态下，位于两个所述夹具的通孔的圆心在同一个圆上，且位于两个夹具上的通孔关于该圆的圆心中心对称分布；两个加载头枢接于对应的夹具的通孔为关于该圆心中心对称的一组通孔；各组通孔的中心的连线和试样上的预设裂纹的方向线之间的夹角不同。

在本实施例的一种实施方式中：

所述锁紧结构包括至少两组螺栓连接组件，所述螺栓连接组件的螺钉穿过两个夹板、螺母螺纹连接于螺钉并能够螺旋调节以锁紧两个夹板或松开两个夹板。

在本实施例的一种实施方式中：

两个夹板相对的板面设有相配对的凹槽和凸起，凹槽和凸起配合形成沿垂直于夹板的板面的方向的滑动配合，以使两个夹板能够沿垂直于板面的方向相互靠近或相互远离。

在本实施例的一种实施方式中：

每个夹具上的凹槽和凸起配合共有两对，分别位于夹具的两侧位置；所述锁紧结构位于两侧的凹槽和凸起配合之间的位置。

在本实施例的一种实施方式中：

两个夹板的相对的板面的边沿具有下凹形成的用于容许试样置于其中的容置槽；

所述锁紧结构包括至少两组螺栓连接组件，所述螺栓连接组件的螺钉在容置槽处穿过两个夹板、螺母螺纹连接于螺钉并能够螺旋调节以锁紧两个夹板或松开两个夹板；

在夹持状态下，试样被夹持于两个夹板的容置槽的槽底面之间且穿设在螺钉的杆部之上。

本发明实施例还提供一种I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法，其基于前述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置；

所述I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法包括以下步骤：

试样装夹：外拉夹具，通过夹板、锁紧结构对夹于夹具的试样施加预拉力，至使试样自适应地调整至结构限定的位姿并稳定保持于该位姿不动；然后通过锁紧结构锁紧夹具的两个夹板，使两夹板夹紧试样；试样夹紧后，进行以下试验步骤：

步骤(1)：I-II复合型裂纹疲劳扩展试验：

CTS试样装夹完成后，开始加载大小设定为P、循环次数为N的试验荷载，并记录在该荷载下预设裂纹嘴张开位移V，试验过程中采集载荷P、裂纹嘴张开位移V和循环次数N，保存(P,V,N)实验数据。

根据试验载荷P-裂纹嘴张开位移V曲线得到柔度C^*：

其中C^*为柔度，P为试验载荷，V为CTS试样裂纹嘴张开位移，C^*可由试验获取的P-V试验数据回归得到，试验过程中采集加载循环数N；

步骤(2)：I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJ_e测量：

根据CTS试样的柔度C^*、初始裂纹长度a₀、宽W通过解析式(3)和式(5)获得加载过程中循环次数对应的的实时裂纹长度a，得到扩展裂纹长度a-循环次数N曲线，根据割线法获得其裂纹扩展速率da/dN；

由CTS试样的初始裂纹长度a₀、宽W、裂纹疲劳扩展长度a通过解析式(2)和式(4)获得材料的弹性J积分J_e，从而获得对应的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJ_e关系曲线；

a₀/W在0.36～0.8范围内，式(2)给出裂纹未发生扩展时的J积分J_0e-初始裂纹长度a₀的关系，式(2)中参数见表1；a₀/W在0.36～0.8范围内，根据式(3)给出裂纹未发生扩展时a₀/W在0.36～0.8范围内的柔度C₀ ^*-初始裂纹长度a₀的关系，式(3)中参数见表2；a₀/W在0.36～0.8范围内、a/W在0～0.2范围内，式(4)给出裂纹发生扩展时裂尖弹性J积分J_e与初始裂纹长度a₀、扩展裂纹长度a的关系，式(4)中参数见表3；a₀/W在0.36～0.8范围内、a/W在0～0.2范围内，式(5)给出裂纹发生扩展时的柔度C^*与初始裂纹长度a₀、扩展裂纹长度a的关系，式(5)中参数见表4；

其中，J_e0为CTS试样裂纹未发生偏转扩展时裂尖弹性J积分，P为试验加载载荷，E为杨氏弹性模量，B为试样厚度，W是试样宽度，a₀是初始裂纹长度，b₀＝W-a₀是初始剩余韧带长度，α是试验加载角度；

表1 J_e0公式参数

其中，C₀ ^*为为CTS试样裂纹未发生偏转扩展时的加载柔度；

表2 C₀公式参数

其中，J_e为CTS试样裂纹发生偏转扩展后裂纹裂尖弹性J积分，a是裂纹扩展长度；

表3 J_e公式参数

表4 C^*公式参数

其中，C^*为CTS试样裂纹发生偏转扩展后加载柔度。

综合以上描述，本发明实施例中的中的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置及I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法具有能够方便地确保所夹持的试样处于正确的例如对中的位姿，进而确保实现的精确和可靠性的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1中示出了本发明实施例中的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置及所连接的试样；

图2是图1的第一视角视图；

图3是图1的第二视角视图；

图4为图2的剖视图；

图5为图1的爆炸视图；

图6示出了试样的一种实施方式下的视图；

图7和图8分别示出了夹具的两个相配合的夹板；

图9示出了夹持头和夹具处于另一种枢接位置位置时的示意图；

图10示出了夹持头和夹具处于再一种枢接位置位置时的示意图。

图标：100-I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置10-U形部；11-加载部；12-圆；13-中心线；14-通孔；15-螺钉；17-杆部；18-螺母；19-凹槽；1-预设裂纹；200-试样；20-凸起；21-容置槽；22-夹板；2-夹具；30-连线；3-加载头；4-板面；5-锁紧结构；6-夹持口；7-连接块；8-传力销钉；9-连接孔；A1-夹角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

图1中示出了本发明实施例中的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置100及所连接的试样200；图2是图1的第一视角视图；图3是图1的第二视角视图；图4为图2的剖视图；图5为图1的爆炸视图。

图6示出了试样200的一种实施方式下的视图。参见图6，该实施方式中，试样200大体为一板状结构，在其两端之间设有一个从其一侧边向内延伸的条形的贯穿试样200两侧板面的预设裂纹1。本试验装置100可用于对该试样200施加垂直于该裂纹或和该裂纹倾斜相交的外拉力，可选地为循环多次的往复的外拉力，通过对在该拉力试验荷载的作用下裂纹的扩展情况的测量和处理得到的数据，可分析试样200在荷载下的裂纹疲劳扩展的一些机理和力学参数等。

主要参见图1(配合参见图2-图6)，本发明实施例提供的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置100，用于I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验检测，其包括两个夹具2，用于分别夹持试样200的两端，以使试样200的裂缝位于两夹具2之间。为方便试验荷载的加载，I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置100优选地还包括两个加载头3，两个加载头3分别连接两个夹具2，并能够向两个夹具2施加方向相反的荷载，以对试样200施加拉伸荷载。

图7和图8分别示出了夹具的两个夹板的结构视图。配合参见图1、图7、图8，每个夹具2均包括两个板面4相对的夹板22和连接两个夹板22的锁紧结构5；夹具2的两个夹板22被配置成能够沿垂直于两者板面4的方向相对靠近或相对远离，以限定能够夹持试样200或松开试样200的夹持口6；锁紧结构5被配置成能够锁紧两个夹板22使其夹持试样200或松开两个夹板22使其松开试样200；夹具2被配置成能够以使试样200的对应端夹于其两个夹板22之间且连接在其锁紧结构5上的形式夹持在试样200的对应端。

本实施例中的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置100使用时，先朝相反的方向外拉两个夹具2，通过夹板22、锁紧结构5对夹于夹具2的试样200施加预拉力；在设置有加载头3时，预拉力可通过加载头3施加。该预拉力使试样200自适应地调整至结构限定的位姿并稳定保持于该位姿不动；然后通过锁紧结构5锁紧夹具2的两个夹板22，使两夹板22夹紧试样200。由于施加于试样200的预拉力存在，在用锁紧结构5锁紧夹板22时试样200的位姿是保持确定位置不动，而两个夹板22则受锁紧结构5的锁紧作用而靠近和夹紧试样200，从而能够方便地实现确保试样200处于所需位姿的试样200夹持操作，避免试样200在锁紧时受力改变位置导致的夹持不对中等问题，影响试验的精度和可靠性。

在本实施例的一种实施方式中，加载头3枢接连接对应的夹具2。如图所示，具体的枢接方式可以是：加载头3包括连接块7和连接于连接块7的传力销钉8；夹具2上开设有若干贯穿其两个夹板22的连接孔9，夹具2通过其连接孔9和传力销钉8的转动配合枢接于加载头3。本实施例中的连接块7包括U形部10和加载部11。夹具2的部分插入在U形部10的U形口中，使其连接孔9对应U形部10的两侧板，传力销钉8穿过U形部10的两侧板和两者之间的夹具2的连接孔9。本实施例中的连接孔9的形成方式可以是：构成夹具2的两个夹板22各自开设有贯通其板面4的孔，且该两个夹板22的该孔对应连通共同构成用于配合传力销钉8的连接孔9。

在其他实施方式中，加载头3和夹具2之间的枢接还可采用其他方式，例如：夹具2上固设销件且加载头3上设置配合销钉的连接孔等。

为方便测试试样200在拉伸试验荷载的力的方向和预设裂纹1呈多种不同角度时的状况，本实施例中，在两个夹具2夹持一个试样200的工作状态下，位于两个夹具2的连接孔9的圆心在同一个圆12上，且位于两个夹具2上的连接孔9关于该圆12的圆心中心对称分布，该圆心在预设裂纹宽向中心线13上的某一点处。具体该圆心在该中心线13的位置可作为一个可调整的试验参数，例如设置该圆心位于裂缝的长向正中间位置，或其他设定位置。两个加载头3枢接于对应的夹具2的连接孔9为关于该圆心中心对称的一组连接孔9；各组连接孔9的中心的连线30和试样200上的预设裂纹1的方向线之间的夹角A1不同。图9、图10示出了加载头3和夹具2处于另外两种枢接位置时的示意图，可以看出，图9、图10和图1-图4(主要参见图2)示出的示例的枢接位置下的不同之处，主要在于试验荷载的力的方向(图中体现为各组连接孔9的中心的连线30的方向)和预设裂纹1的长向之间的夹角A1不同。另外，连接孔9分布在同一个圆12上，如此配置可使得，在结构以图2/图9/图10等形式实现加载头3和夹具2的连接时，两加载头3之间的距离能够保持不变。本实施例中的夹具2的夹板22的形状可设置成多种形式，例如，优选地，图示夹板22的大致为三边形板形状，由两个相互垂直的直线边和一个曲线边围成。该曲线边优选的为一圆弧边，且两个夹具3配合夹持一个试样200时，两个夹具3呈中心对称设置，其夹板22的一个直线边平行于试样200的预设裂纹1，另一个直线边垂直于试样200的预设裂纹1，而曲线边限定的一个圆同心地围于前述圆12外，以避免在修改加载头3和夹具2的枢接位置时，该曲线边和加载头3发生干涉。

在本实施例的一种实施方式中，用于锁紧夹具2的两夹块的锁紧结构5包括至少两组螺栓连接组件，螺栓连接组件的螺钉15穿过两个夹板22、螺母18螺纹连接于螺钉15并能够螺旋调节以锁紧两个夹板22或松开两个夹板22。对应的，试样200上以及夹板22上设有用于允许螺钉15穿过的通孔14。本实施例中，图示了两组螺栓连接组件，对应的设置在试样200上和夹板22上的通孔14为三组，即连接孔9的数量可以多于螺栓连接组件，螺栓连接组件可配合在合适的通孔14处。

在本实施例的一种实施方式中，为将夹具2的两个夹板22的相对运动限定在垂直于两者板面4的方向，而避免沿平行于板面4的方向的偏移，本实施例中，两个夹板22相对的板面4设有相配对的凹槽19和凸起20，凹槽19和凸起20配合形成沿垂直于夹板22的板面4的方向的滑动配合，以使两个夹板22能够沿垂直于板面4的方向相互靠近或相互远离。可选地，每个夹具2上的凹槽19和凸起20配合共有两对，分别位于夹具2的两侧位置；锁紧结构5位于两侧的凹槽19和凸起20配合之间的位置。两侧的两组配合能够使导向平稳和受力均匀。本实施例中的凸起20和凹槽19为长条形结构。

在本实施例的一种实施方式中，两个夹板22的相对的板面4的边沿具有下凹形成的用于容许试样200置于其中的容置槽21；锁紧结构5包括至少两组螺栓连接组件，螺栓连接组件的螺钉15在容置槽21处穿过两个夹板22、螺母18螺纹连接于螺钉15并能够螺旋调节以锁紧两个夹板22或松开两个夹板22；在夹持状态下，试样200被夹持于两个夹板22的容置槽21的槽底面之间且穿设在螺钉15的杆部17之上。

本发明实施例还提供一种I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法，其基于前述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置100；I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法包括以下步骤：外拉加载头3，通过加载头3、夹板22、锁紧结构5对夹于夹具2的试样200施加预拉力，至使试样200自适应地调整至结构限定的位姿并稳定保持于该位姿不动；然后通过锁紧结构5锁紧夹具2的两个夹板22，使两夹板22夹紧试样200；试样200夹紧后，再根据通过加载头3和夹具2对试样200施加设定的试验荷载进行试验。

下面具体介绍该I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置100试验的一种实施方式：步骤(1)：I-II复合型裂纹疲劳扩展试验

采用前述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法夹持好一CTS试样200后，开始加载大小设定为P、循环次数为N的试验荷载，并记录在该荷载下预设裂纹嘴张开位移V，试验过程中采集载荷P、裂纹嘴张开位移V和循环次数N，保存(P,V,N)实验数据。

根据试验载荷P-裂纹嘴张开位移V曲线得到柔度C^*

其中C^*为柔度，P为试验载荷，V为CTS试样200裂纹嘴张开位移，C^*可由试验获取的P-V试验数据回归得到，试验过程中采集加载循环数N。

步骤(2)：I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJ_e测量

根据CTS试样200的柔度C^*、初始裂纹长度a₀、宽W通过解析式(3)和式(5)获得加载过程中循环次数对应的的实时裂纹长度a，得到扩展裂纹长度a-循环次数N曲线，根据割线法获得其裂纹扩展速率da/dN。

由CTS试样200的初始裂纹长度a₀、宽W、裂纹疲劳扩展长度a通过解析式(2)和式(4)获得材料的弹性J积分J_e，从而获得对应的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJ_e关系曲线。

a₀/W在0.36～0.8范围内，式(2)给出裂纹未发生扩展时的J积分J_0e-初始裂纹长度a₀的关系，式(2)中参数见表1；a₀/W在0.36～0.8范围内，根据式(3)给出裂纹未发生扩展时a₀/W在0.36～0.8范围内的柔度C₀ ^*-初始裂纹长度a₀的关系，式(3)中参数见表2；a₀/W在0.36～0.8范围内、a/W在0～0.2范围内，式(4)给出裂纹发生扩展时裂尖弹性J积分J_e与初始裂纹长度a₀、扩展裂纹长度a的关系，式(4)中参数见表3；a₀/W在0.36～0.8范围内、a/W在0～0.2范围内，式(5)给出裂纹发生扩展时的柔度C^*与初始裂纹长度a₀、扩展裂纹长度a的关系，式(5)中参数见表4；

其中，J_e0为CTS试样200裂纹未发生偏转扩展时裂尖弹性J积分，P为试验加载载荷，E为杨氏弹性模量，B为试样200厚度，W是试样200宽度，a₀是初始裂纹长度，b₀＝W-a₀是初始剩余韧带长度，α是试验加载角度。

表1 J_e0公式参数

其中，C₀ ^*为为CTS试样200裂纹未发生偏转扩展时的加载柔度。

表2 C₀公式参数

其中，J_e为CTS试样200裂纹发生偏转扩展后裂纹裂尖弹性J积分，a是裂纹扩展长度。

表3 J_e公式参数

其中，C^*为CTS试样200裂纹发生偏转扩展后加载柔度。

表4 C^*公式参数

采用本发明的装置和方法，可以方便地实现I-II复合型裂纹疲劳扩展速率的测试，效果理想。根据以上理论可以获得CTS试样200在加载过程中的实时裂纹长度a，进而根据CTS试样200的(P,V,N)实验记录求得被测金属材料的弹性J积分J_e0、J_e和对应的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率等力学性能。本发明方法具有充分的理论基础，精度较高，试验简单，便于普及和应用。

上述具体试验过程为本实施例中的试验装置和方法的一个具体应用，得到了诸如被测金属材料的弹性J积分J_e0、J_e和对应的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率等的力学性能。容易知道，通过本实施例中的试验装置和方法，例如施加的荷载为持续一段时间的恒荷载/在一个范围内波动的变荷载，或其他形式的荷载时，通过其他的计算方法可获得其他结果。

综合以上描述，本发明实施例中的中的述I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置100及述I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法具有能够方便地确保所夹持的试样200处于正确的例如对中的位姿，进而确保实现的精确和可靠性的有益效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法，其特征在于，基于I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置；

所述I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置包括：

两个夹具，用于分别夹持试样的两端；每个所述夹具均包括两个板面相对的夹板和连接两个所述夹板的锁紧结构；夹具的两个所述夹板被配置成能够沿垂直于两者板面的方向相对靠近或相对远离，以限定能够夹持试样或松开试样的夹持口；所述锁紧结构被配置成能够锁紧两个夹板使其夹持试样或松开两个夹板使其松开试样；所述夹具被配置成能够以使试样的对应端夹于其两个夹板之间且连接在其锁紧结构上的形式夹持在试样的对应端；

两个加载头，两个所述加载头分别连接两个所述夹具，并能够向两个夹具施加方向相反的载荷，以对试样施加拉伸载荷；所述加载头包括连接块和连接于所述连接块的传力销钉；

所述夹具上开设有若干贯穿其两个夹板的通孔，所述夹具通过其通孔和传力销钉的转动配合枢接于所述加载头；

在两个夹具夹持一个试样的工作状态下，位于两个所述夹具的通孔的圆心在同一个圆上，且位于两个夹具上的通孔关于该圆的圆心中心对称分布；两个加载头枢接于对应的夹具的通孔为关于该圆心中心对称的一组通孔；各组通孔的中心的连线和试样上的预设裂纹的方向线之间的夹角不同；

所述I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法包括以下步骤：

试样装夹：外拉夹具，通过夹板、锁紧结构对夹于夹具的试样施加预拉力，至使试样自适应地调整至结构限定的位姿并稳定保持于该位姿不动；然后通过锁紧结构锁紧夹具的两个夹板，使两夹板夹紧试样；试样夹紧后，进行以下试验步骤：

步骤(1)：I-II复合型裂纹疲劳扩展试验：

CTS试样装夹完成后，开始加载大小设定为P、循环次数为N的试验载荷，并记录在该载荷下预设裂纹嘴张开位移V，试验过程中采集载荷P、裂纹嘴张开位移V和循环次数N，保存(P,V,N)实验数据；

根据试验载荷P-裂纹嘴张开位移V曲线得到柔度C^*：

其中C^*为柔度，P为试验载荷，V为CTS试样裂纹嘴张开位移，C^*可由试验获取的P-V试验数据回归得到，试验过程中采集加载循环数N；

步骤(2)：I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJ_e测量：

根据CTS试样的柔度C^*、初始裂纹长度a₀、宽W通过解析式(3)和式(5)获得加载过程中循环次数对应的实时扩展裂纹长度a，得到扩展裂纹长度a-循环次数N曲线，根据割线法获得其裂纹扩展速率da/dN；

由CTS试样的初始裂纹长度a₀、宽W、扩展裂纹长度a通过解析式(2)和式(4)获得材料的弹性J积分J_e，从而获得对应的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJ_e关系曲线；

a₀/W在0.36～0.8范围内，式(2)给出裂纹未发生扩展时的J积分J_0e-初始裂纹长度a₀的关系，式(2)中参数见表1；a₀/W在0.36～0.8范围内，根据式(3)给出裂纹未发生扩展时的柔度C₀ ^*-初始裂纹长度a₀的关系，式(3)中参数见表2；a₀/W在0.36～0.8范围内、a/W在0～0.2范围内，式(4)给出裂纹发生扩展时裂尖弹性J积分J_e与初始裂纹长度a₀、扩展裂纹长度a的关系，式(4)中参数见表3；a₀/W在0.36～0.8范围内、a/W在0～0.2范围内，式(5)给出裂纹发生扩展时的柔度C^*与初始裂纹长度a₀、扩展裂纹长度a的关系，式(5)中参数见表4；

其中，J_e0为CTS试样裂纹未发生偏转扩展时裂尖弹性J积分，P为试验加载载荷，E为杨氏弹性模量，B为试样厚度，W是试样宽度，a₀是初始裂纹长度，b₀＝W-a₀是初始剩余韧带长度，α是试验加载角度；

表1 J_e0公式参数

其中，C₀ ^*为为CTS试样裂纹未发生偏转扩展时的加载柔度；

表2 C₀公式参数

其中，J_e为CTS试样裂纹发生偏转扩展后裂纹裂尖弹性J积分，a是扩展裂纹长度；

表3 J_e公式参数

表4 C^*公式参数

其中，C^*为CTS试样裂纹发生偏转扩展后加载柔度。

2.根据权利要求1所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法，其特征在于：

所述锁紧结构包括至少两组螺栓连接组件，所述螺栓连接组件的螺钉穿过两个夹板、螺母螺纹连接于螺钉并能够螺旋调节以锁紧两个夹板或松开两个夹板。

3.根据权利要求1-2任一项所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法，其特征在于：

两个夹板相对的板面设有相配对的凹槽和凸起，凹槽和凸起配合形成沿垂直于夹板的板面的方向的滑动配合，以使两个夹板能够沿垂直于板面的方向相互靠近或相互远离。

4.根据权利要求3所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法，其特征在于：

每个夹具上的凹槽和凸起配合共有两对，分别位于夹具的两侧位置；所述锁紧结构位于两侧的凹槽和凸起配合之间的位置。

5.根据权利要求1-2任一项所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法，其特征在于：

两个夹板的相对的板面的边沿具有下凹形成的用于容许试样置于其中的容置槽；

所述锁紧结构包括至少两组螺栓连接组件，所述螺栓连接组件的螺钉在容置槽处穿过两个夹板、螺母螺纹连接于螺钉并能够螺旋调节以锁紧两个夹板或松开两个夹板；

在夹持状态下，试样被夹持于两个夹板的容置槽的槽底面之间且穿设在螺钉的杆部之上。

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