CN112730211A - 一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法、装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法、装置，该方法包括：从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；获取待测工业纯铝线的第一横截面积；确定待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；根据第一裂纹扩展区面积占第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估待测工业纯铝线的疲劳寿命。通过该方法可以快速地预估工业纯铝线的疲劳寿命，判断不同工业纯铝线疲劳性能的优劣，该方法操作简单，利于推广。

Description

一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法、装置

技术领域

本发明涉及架空输电用工业纯铝线材领域，特别是涉及一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法、装置。

背景技术

架空导线是长距离输电线路中由发电端向受电端输电的必要载体，也是长距离输电线路中最重要的组成单元。铝是长距离输送电力领域重要的导体材料，如钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和全铝合金绞线均采用了铝及铝合金线。

由于架空输电导线长期暴露在自然环境中，必然经受风吹、雨雪覆盖等环境影响，从而导致其实际寿命大大降低。其中，风致振动对架空输电导线的影响较大，会导致绞线内部导线之间、导线与夹具之间的磨损，这种磨损有利于疲劳裂纹的萌生和扩展，最后导致导线疲劳断裂，严重影响了导线的使用寿命。1998年7月8日和2005年3月1日，山西电网分别发生了220kV冶汾线、500kV神侯Ⅰ回线的导线在运行多年后发生金属疲劳受损，在大风气象条件下发生了断线事故。G.H.Chen等人针对服役26年的铜陵100kV架空导线的评估发现，钢芯铝绞线外层导线表面发生了微动磨损并萌生了疲劳裂纹。由此看来，疲劳是导线长期服役的主要破坏原因。通常架空输电用铝绞线由30～40股铝单丝绞制而成，铝绞线疲劳断裂后，难以预估铝线的疲劳寿命，难以判断各单股铝线的疲劳寿命差异，给铝绞线的失效分析带来困难。。

因此，如何解决工业纯铝线的疲劳寿命难以预估的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法、装置，可以快速地预估工业纯铝线的疲劳寿命，判断不同工业纯铝线疲劳性能的优劣，操作简单，利于推广。其具体方案如下：

一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，包括：

从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；

获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积；

确定所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；

根据所述第一裂纹扩展区面积占所述第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估所述待测工业纯铝线的疲劳寿命。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，采用下述方式获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系：

对工业纯铝线样本进行疲劳试验，获得疲劳寿命数据；

从所述工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样；

获取所述工业纯铝线样本的第二横截面积；

确定所述工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区，统计第二裂纹扩展区面积；

以所述第二裂纹扩展区面积占所述第二横截面积的比例为横坐标，以获得的所述疲劳寿命数据为纵坐标，进行指数函数形式的拟合，获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积，具体包括：

采用扫描电镜拍摄所述待测工业纯铝线的第一横截面，统计所述待测工业纯铝线的直径；

根据所述待测工业纯铝线的直径，计算所述待测工业纯铝线的第一横截面积。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，在从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样之后，在获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积之前，还包括：

采用扫描电镜观察所述待测工业纯铝线疲劳断口，调整所述扫描电镜的样品台角度，使所述扫描电镜的电子束方向与所述待测工业纯铝线轴向相互平行。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，确定所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，具体包括：

通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察所述待测工业纯铝线疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，所述裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系为：

N＝419014+e^0.422·k

其中，N为疲劳寿命，k为裂纹扩展区面积占横截面积比例。

本发明实施例还提供了一种预估工业纯铝线疲劳寿命的装置，包括：

疲劳断口取样模块，用于从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；

横截面积获取模块，用于获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积；

扩展区面积统计模块，用于确定所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；

疲劳寿命预估模块，用于根据所述第一裂纹扩展区面积占所述第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估所述待测工业纯铝线的疲劳寿命。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的装置中，还包括：疲劳试验模块和函数关系获取模块；

所述疲劳试验模块，用于对工业纯铝线样本进行疲劳试验，获得疲劳寿命数据；

所述疲劳断口取样模块，还用于从所述工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样；

所述横截面积获取模块，还用于获取所述工业纯铝线样本的第二横截面积；

所述扩展区面积统计模块，还用于确定所述工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区，统计第二裂纹扩展区面积；

所述函数关系获取模块，用于以所述第二裂纹扩展区面积占所述第二横截面积的比例为横坐标，以获得的所述疲劳寿命数据为纵坐标，进行指数函数形式的拟合，获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的装置中，所述横截面积获取模块，具体用于采用扫描电镜拍摄所述待测工业纯铝线的第一横截面，统计所述待测工业纯铝线的直径；根据所述待测工业纯铝线的直径，计算所述待测工业纯铝线的第一横截面积。

优选地，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的装置中，所述扩展区面积统计模块，具体用于通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察所述待测工业纯铝线疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，包括：从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；获取待测工业纯铝线的第一横截面积；确定待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；根据第一裂纹扩展区面积占第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估待测工业纯铝线的疲劳寿命。

本发明通过上述方法，可以利用对疲劳断口的定量统计快速地预估工业纯铝线的疲劳寿命，利用疲劳断口宏观观察判断不同工业纯铝线疲劳性能的优劣，操作简单，利于推广。此外，本发明还针对预估工业纯铝线疲劳寿命的方法提供了相应的装置，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的预估工业纯铝线疲劳寿命的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的工业纯铝线疲劳裂纹扩展的示意图；

图3为本发明实施例提供的获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系的流程图；

图4a至图4d分别为本发明实施例提供的不同最大应力幅下工业纯铝线疲劳断口形貌结果；

图5为本发明实施例提供的不同最大应力幅下工业纯铝线实测疲劳寿命、拟合曲线和验证数据图；

图6为本发明实施例提供的预估工业纯铝线疲劳寿命的装置的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明提供一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S101、从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；

S102、获取待测工业纯铝线的第一横截面积；

S103、确定待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；

由于工业纯铝线在循环载荷加载条件下，裂纹扩展阶段其疲劳裂纹沿晶断裂，因此，疲劳断口能够观察到部分平台区域(即裂纹扩展区)；

S104、根据第一裂纹扩展区面积占第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估待测工业纯铝线的疲劳寿命。

需要说明的是，金属材料经过循环加载至断裂的总周次为金属材料的总寿命，疲劳寿命由裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命组成，裂纹萌生寿命约占总寿命的80％，裂纹扩展寿命占总寿命的20％。通过对疲劳断口进行观察，可以将疲劳断口分为裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬断区。通常，裂纹萌生区为一个圆点，裂纹扩展区为裂纹稳定扩展的区域，为光滑的一个面，瞬断区则可观察到大量的韧窝。因此，通过疲劳断口观察可以快速的区分裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬断区。对于工业纯铝线，由于其制备工艺为冷拉拔，工业纯铝线内部晶粒被沿着轴向拉长，形成细长的晶粒。因此，裂纹萌生后容易沿着与轴向垂直的晶界扩展，即裂纹扩展区为沿晶开裂，裂纹稳定扩展的区域在工业纯铝线疲劳断口面形成了一个光滑的平面区域，当外加载荷超过工业纯铝线的承载能力时，工业纯铝线发生瞬断，瞬断区为与轴向呈45°倾角的斜面区域。图2为工业纯铝线疲劳裂纹扩展的示意图。所以，工业纯铝线的裂纹扩展区大小与疲劳寿命密切相关，通过统计工业纯铝线裂纹扩展区的面积，可以预估工业纯铝线的疲劳寿命，为快速预估铝及铝合金圆线的疲劳寿命提供了理论基础。

在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，可以利用对疲劳断口的定量统计快速地预估工业纯铝线的疲劳寿命，利用疲劳断口宏观观察判断不同工业纯铝线疲劳性能的优劣，操作简单，利于推广。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，如图3所示，采用下述方式获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，即在执行步骤S101从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样之前，包括以下步骤：

S301、对工业纯铝线样本进行疲劳试验，获得疲劳寿命数据；

S302、从工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样；

S303、获取工业纯铝线样本的第二横截面积；

S304、确定工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区，统计第二裂纹扩展区面积；

S305、以第二裂纹扩展区面积占第二横截面积的比例为横坐标，以获得的疲劳寿命数据为纵坐标，进行指数函数形式的拟合，获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，步骤S102获取待测工业纯铝线的第一横截面积，具体包括：首先，采用扫描电镜拍摄待测工业纯铝线的第一横截面，统计待测工业纯铝线的直径；然后，根据待测工业纯铝线的直径，计算待测工业纯铝线的第一横截面积。

同理，步骤S303获取工业纯铝线样本的第二横截面积，具体包括：首先，采用扫描电镜拍摄工业纯铝线样本的第二横截面，统计工业纯铝线样本的直径；然后，根据工业纯铝线样本的直径，计算工业纯铝线样本的第二横截面积。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，在步骤S101从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样之后，在步骤S102获取待测工业纯铝线的第一横截面积之前，还可以包括：采用扫描电镜观察待测工业纯铝线疲劳断口，调整扫描电镜的样品台角度，使扫描电镜的电子束方向与待测工业纯铝线轴向相互平行。

同理，在步骤S302从工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样之后，在步骤S303获取工业纯铝线样本的第二横截面积之前，还可以包括：采用扫描电镜观察工业纯铝线样本疲劳断口，调整扫描电镜的样品台角度，使扫描电镜的电子束方向与工业纯铝线样本轴向相互平行。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，步骤S103确定待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，具体可以包括：通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察待测工业纯铝线疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区。

同理，步骤S304确定工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区，具体可以包括：通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察工业纯铝线样本疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区。

图4a为最大应力幅为200Pa下工业纯铝线疲劳断口形貌结果，图4b为最大应力幅为160Pa下工业纯铝线疲劳断口形貌结果，图4c为最大应力幅为140Pa下工业纯铝线疲劳断口形貌结果，图4d为最大应力幅为100Pa下工业纯铝线疲劳断口形貌结果。如图4a至图4d所示，工业纯铝线疲劳断口存在平面的裂纹扩展区，并且随着最大应力幅的下降，裂纹扩展区的面积逐渐增大。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法中，裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系为：

N＝419014+e^0.422·k

其中，N为疲劳寿命，k为裂纹扩展区面积占横截面积比例。

下面以一个具体实例详细描述本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，采用的工业纯铝线成分如下(wt.％)：Si 0.08，Fe 0.12，Cu 0.06，Zn 0.03，Ti0.01，Al余量，具体包括以下步骤：

步骤一、对工业纯铝线样本进行疲劳试验，获得疲劳寿命数据，并从工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样，试样长度约为4～7cm；

具体地，对工业纯铝线样本进行拉-拉疲劳试验，频率为40Hz，应力比R＝0.1，最大应力幅分别为200、160、140和100MPa，记录试样断裂后的疲劳寿命，记为N；分别从最大应力幅为200、160、140和100MPa的工业纯铝线样本截取长度为5cm的样品，用于扫描电镜观察；

步骤二、在扫描电镜下观察工业纯铝线样本疲劳断口，调整扫描电镜样品台角度，使扫描电镜电子束方向与工业纯铝线样本轴向平行；

步骤三、采用扫描电镜拍摄工业纯铝线样本的第二横截面，统计工业纯铝线样本的直径，测量5次以上取平均值作为工业纯铝线样本的直径，并计算工业纯铝线样本的第二横截面积，记为S₀；

步骤四、通过调整扫描电镜的样品台倾角，分别从侧面和正面观察工业纯铝线疲劳断口，确定疲劳断口平台区域，即与轴向垂直的平台区域，该区域为工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区；

步骤五、统计第二裂纹扩展区面积，记为S_i；

步骤六、计算第二裂纹扩展区面积占第二横截面积的比例，即S_i与S₀的比值，记为k；

步骤七、以k值为横坐标，疲劳寿命N为纵坐标，将k值与N值进行指数函数形式的拟合，获得k与N的函数关系，即裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，如图5所示，拟合曲线与实际数据点符合较好：

N＝419014+e^0.422·^k (1)

步骤八、对工业纯铝线样本进行不同载荷的疲劳实验，重复步骤一至步骤六的操作，将获得的裂纹扩展区面积占横截面积比例和疲劳寿命代入步骤七获得的k与N的函数关系式，验证该关系式的准确性，从而确定工业纯铝线疲劳寿命预估公式；

具体地，对工业纯铝线进行最大应力分别为180、150和130MPa的拉-拉疲劳试验，重复步骤一至步骤六，将获得的k值代入公式(1)，获得理论计算的疲劳寿命，并与实测疲劳寿命进行对比，结果如表一所示，理论计算的疲劳寿命与实测疲劳寿命符合较好，表明公式(1)用于预估工业纯铝线疲劳寿命具有一定的准确性；

表一 不同应力幅下工业纯铝线疲劳寿命理论值与实测值对比结果

步骤九、从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样，试样长度的范围可以为4～7cm；

步骤十、采用扫描电镜观察待测工业纯铝线疲劳断口，调整扫描电镜的样品台角度，使扫描电镜的电子束方向与待测工业纯铝线轴向相互平行；

步骤十一、采用扫描电镜拍摄待测工业纯铝线的第一横截面，统计待测工业纯铝线的直径，测量5次以上取平均值作为待测工业纯铝线的直径，并计算待测工业纯铝线的第一横截面积；

步骤十二、通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察待测工业纯铝线疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；

步骤十三、计算第一裂纹扩展区面积占第一横截面积的比例；

步骤十四、将计算出的第一裂纹扩展区面积占第一横截面积的比例代入步骤八确定的工业纯铝线疲劳寿命预估公式中，最终得到预估出的待测工业纯铝线的疲劳寿命。

需要说明的是，架空输电用工业纯铝线在实际服役过程中会发生疲劳失效断裂，如何根据疲劳断口快速地估计工业纯铝线疲劳寿命对判断工业纯铝线失效机理和对比工业纯铝线疲劳性能优劣具有重要意义。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种预估工业纯铝线疲劳寿命的装置，由于该装置解决问题的原理与前述一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法相似，因此该装置的实施可以参见预估工业纯铝线疲劳寿命的方法的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的预估工业纯铝线疲劳寿命的装置，如图6所示，具体包括：

疲劳断口取样模块11，用于从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；

横截面积获取模块12，用于获取待测工业纯铝线的第一横截面积；

扩展区面积统计模块13，用于确定待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；

疲劳寿命预估模块14，用于根据第一裂纹扩展区面积占第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估待测工业纯铝线的疲劳寿命。

在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的装置中，可以通过上述四个模块的相互作用，快速地预估工业纯铝线的疲劳寿命，判断不同工业纯铝线疲劳性能的优劣，操作简单，利于推广。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的装置中，还可以包括：疲劳试验模块和函数关系获取模块；

疲劳试验模块，用于对工业纯铝线样本进行疲劳试验，获得疲劳寿命数据；

疲劳断口取样模块11，还用于从工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样；

横截面积获取模块12，还用于获取工业纯铝线样本的第二横截面积；

扩展区面积统计模块13，还用于确定工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区，统计第二裂纹扩展区面积；

函数关系获取模块，用于以第二裂纹扩展区面积占第二横截面积的比例为横坐标，以获得的疲劳寿命数据为纵坐标，进行指数函数形式的拟合，获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的装置中，横截面积获取模块12，具体用于采用扫描电镜拍摄待测工业纯铝线的第一横截面，统计待测工业纯铝线的直径，根据待测工业纯铝线的直径，计算待测工业纯铝线的第一横截面积；具体还用于采用扫描电镜拍摄工业纯铝线样本的第二横截面，统计工业纯铝线样本的直径，根据工业纯铝线样本的直径，计算工业纯铝线样本的第二横截面积。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述预估工业纯铝线疲劳寿命的装置中，扩展区面积统计模块13，具体用于通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察待测工业纯铝线疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区；具体还用于通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察工业纯铝线样本疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区。

关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本发明实施例提供的一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，包括：从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；获取待测工业纯铝线的第一横截面积；确定待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；根据第一裂纹扩展区面积占第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估待测工业纯铝线的疲劳寿命。通过上述方法可以利用对疲劳断口的定量统计快速地预估工业纯铝线的疲劳寿命，利用疲劳断口宏观观察判断不同工业纯铝线疲劳性能的优劣，操作简单，利于推广。此外，本发明还针对预估工业纯铝线疲劳寿命的方法提供了相应的装置，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置具有相应的优点。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的预估工业纯铝线疲劳寿命的方法、装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，其特征在于，包括：

从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；

获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积；

确定所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；

根据所述第一裂纹扩展区面积占所述第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估所述待测工业纯铝线的疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，其特征在于，采用下述方式获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系：

对工业纯铝线样本进行疲劳试验，获得疲劳寿命数据；

从所述工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样；

获取所述工业纯铝线样本的第二横截面积；

确定所述工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区，统计第二裂纹扩展区面积；

以所述第二裂纹扩展区面积占所述第二横截面积的比例为横坐标，以获得的所述疲劳寿命数据为纵坐标，进行指数函数形式的拟合，获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系。

3.根据权利要求2所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，其特征在于，获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积，具体包括：

采用扫描电镜拍摄所述待测工业纯铝线的第一横截面，统计所述待测工业纯铝线的直径；

根据所述待测工业纯铝线的直径，计算所述待测工业纯铝线的第一横截面积。

4.根据权利要求3所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，其特征在于，在从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样之后，在获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积之前，还包括：

采用扫描电镜观察所述待测工业纯铝线疲劳断口，调整所述扫描电镜的样品台角度，使所述扫描电镜的电子束方向与所述待测工业纯铝线轴向相互平行。

5.根据权利要求4所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，其特征在于，确定所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，具体包括：

通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察所述待测工业纯铝线疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区。

6.根据权利要求5所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的方法，其特征在于，所述裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系为：

N＝419014+e^0.422·k

其中，N为疲劳寿命，k为裂纹扩展区面积占横截面积比例。

7.一种预估工业纯铝线疲劳寿命的装置，其特征在于，包括：

疲劳断口取样模块，用于从待测工业纯铝线上截取疲劳断口试样；

横截面积获取模块，用于获取所述待测工业纯铝线的第一横截面积；

扩展区面积统计模块，用于确定所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区，统计第一裂纹扩展区面积；

疲劳寿命预估模块，用于根据所述第一裂纹扩展区面积占所述第一横截面积的比例，以及预先获取的裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系，预估所述待测工业纯铝线的疲劳寿命。

8.根据权利要求7所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的装置，其特征在于，还包括：疲劳试验模块和函数关系获取模块；

所述疲劳试验模块，用于对工业纯铝线样本进行疲劳试验，获得疲劳寿命数据；

所述疲劳断口取样模块，还用于从所述工业纯铝线样本上截取疲劳断口试样；

所述横截面积获取模块，还用于获取所述工业纯铝线样本的第二横截面积；

所述扩展区面积统计模块，还用于确定所述工业纯铝线样本疲劳断口的第二裂纹扩展区，统计第二裂纹扩展区面积；

所述函数关系获取模块，用于以所述第二裂纹扩展区面积占所述第二横截面积的比例为横坐标，以获得的所述疲劳寿命数据为纵坐标，进行指数函数形式的拟合，获取裂纹扩展区面积占横截面积比例与疲劳寿命的函数关系。

9.根据权利要求8所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的装置，其特征在于，所述横截面积获取模块，具体用于采用扫描电镜拍摄所述待测工业纯铝线的第一横截面，统计所述待测工业纯铝线的直径；根据所述待测工业纯铝线的直径，计算所述待测工业纯铝线的第一横截面积。

10.根据权利要求9所述的预估工业纯铝线疲劳寿命的装置，其特征在于，所述扩展区面积统计模块，具体用于通过调整扫描电镜的样品台角度，分别从侧面和正面观察所述待测工业纯铝线疲劳断口，将与轴向垂直的平面区域确定为所述待测工业纯铝线疲劳断口的第一裂纹扩展区。

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