一種測量斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于斷裂韌度測試領(lǐng)域，主要涉及測量延性斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的 方法，特別指的是擴(kuò)展路徑不規(guī)則的裂紋擴(kuò)展長度的測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于帶有焊接接頭的工程結(jié)構(gòu)如鍋爐、壓力容器、核反應(yīng)堆、金屬管道等非均質(zhì)材 料，不可避免地因存在接頭匹配和局部加熱而導(dǎo)致宏觀力學(xué)性能非均質(zhì)性，從而引起結(jié)構(gòu) 力學(xué)性能特別是斷裂特性和均質(zhì)材料相比存在顯著差別，因此了解含缺陷結(jié)構(gòu)的安全裕度 是一個與整個系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性直接相關(guān)的重要問題。
[0003] 對含缺陷材料進(jìn)行斷裂力學(xué)安全評定時，彈塑性斷裂韌性（延性斷裂韌度Jck2bD 是一個重要的參量。通過Jqi并利用彈塑性斷裂力學(xué)理論，可建立壓力容器中應(yīng)力、缺陷 和材料性能之間的關(guān)系。
[0004] 根據(jù)國標(biāo)GB/T 21143-2007規(guī)定，斷裂韌性的測試方法主要采用多試樣法，通過 是將帶有裂紋的三點彎曲試樣，在靜態(tài)試驗機(jī)上進(jìn)行加載，控制載荷橫梁位移，保證不同的 彈塑形階段裂紋擴(kuò)展位移不同。最后根據(jù)不同的載荷橫梁位移曲線及不同加載位移下的裂 紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展實際值Δ&，求出不同裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的J值，繪制出J-Aa阻力曲線，求出 W直。因此Aa的測定精度直接決定了 J α2Β?值的準(zhǔn)確性。而國標(biāo)GB/T 21143-2007中 規(guī)定，△ a的測量方法是將試樣斷面平均分為9段，測量出每段的值然后再將其進(jìn)行數(shù)學(xué)平 均。該種方法對于裂紋擴(kuò)展不規(guī)則的情況，測量誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種測量斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的方法，以準(zhǔn)確測量斷裂韌度中 的裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度。本發(fā)明的技術(shù)原理是求出裂紋不規(guī)則擴(kuò)展路徑的不規(guī)則形狀面積， 將該不規(guī)則形狀面積換算為矩形面積，再根據(jù)起始擴(kuò)展寬度，求出裂紋穩(wěn)態(tài)平均擴(kuò)展長度。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種測量斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的方法，其基于Photoshop圖像處理軟件， 描繪出試樣斷面照片的裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展軌跡，然后求出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面積，再根據(jù)裂紋穩(wěn)態(tài) 擴(kuò)展面積并結(jié)合裂紋起始擴(kuò)展寬度求出所述裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度。
[0008] 優(yōu)選地，所述描繪試樣斷面照片的裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展軌跡和求出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面積的 方法為：利用Photoshop磁性套索工具，將裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展軌跡描繪出來，并根據(jù)Photoshop 直方圖工具得出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面積的像素值，根據(jù)所述像素值計算得到裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面 積。
[0009] 優(yōu)選地，所述根據(jù)裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面積并結(jié)合裂紋起始擴(kuò)展寬度求出所述裂紋穩(wěn)態(tài) 擴(kuò)展長度的方法為：先根據(jù)所述裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面積和所述裂紋起始擴(kuò)展寬度采用面積法計 算出所述裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的像素值，然后根據(jù)單位長度對應(yīng)的像素長度，換算出實際裂 紋擴(kuò)展長度。
[0010] 優(yōu)選地，所述單位長度對應(yīng)的像素長度通過下述方法得到：根據(jù)試樣的裂紋穩(wěn)態(tài) 擴(kuò)展軌跡照片的實際標(biāo)尺及其對應(yīng)的像素值，計算得到所述單位長度對應(yīng)的像素長度。 [0011] 優(yōu)選地，所述面積法為依據(jù)獲得不規(guī)則裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的面積，除以裂紋起始擴(kuò)展 的寬度求出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度。
[0012] 優(yōu)選地，所述試樣的制取方法為：在裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展試驗后，再次進(jìn)行高頻疲勞試 驗，待裂紋疲勞擴(kuò)展后，將試樣壓斷，并在宏觀顯微鏡下拍攝斷口全貌照片。
[0013] 優(yōu)選地，所述裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展試驗為：先將試樣在高頻疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行疲勞裂紋 預(yù)制，然后在靜態(tài)試驗機(jī)上進(jìn)行裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展測試。
[0014] 優(yōu)選地，所述測量斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的方法適用于三點彎曲試樣或緊湊 拉伸試樣。
[0015] 通常地，本發(fā)明的測量方法主要包括以下步驟：（1)基于圖像處理軟件，將疲勞裂 紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展軌跡繪出；（2)根據(jù)繪出軌跡包含像素數(shù)量求出圖形面積；（3)測出裂紋開始擴(kuò) 展時的寬度，根據(jù)上述圖形面積求出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的長度（單位為像素）；(4)根據(jù)圖像上 的標(biāo)尺，求出實際單位長度對應(yīng)的像素長度，計算出裂紋擴(kuò)展長度（單位為毫米）。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0017] 第一，本發(fā)明的方法通過測量裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面積，從而計算出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展平均 長度，本發(fā)明的方法測量誤差較小，精度高，為準(zhǔn)確計算Jai值提供了有效可行的新型測量 方法；
[0018] 第二，本發(fā)明的測量斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的方法比國家標(biāo)準(zhǔn)中（GB/T 21143-2007)規(guī)定采用九段裂紋長度求出算術(shù)平均值的方法更加準(zhǔn)確。
[0019] 當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實施例中采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三點彎曲試樣，利用Photoshop軟件中的 磁性套索工具描繪出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展軌跡圖的示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 本發(fā)明公開了一種測量斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的方法，主要適用于采用三點 彎曲試樣或緊湊拉伸試樣在測量材料斷裂韌度時，更為精確地測量裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度。本 發(fā)明主要原理是依據(jù)獲得不規(guī)則裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的面積，根據(jù)裂紋起始擴(kuò)展的寬度求出裂紋 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度。
[0022] 本發(fā)明的測試方法主要步驟為：將待測斷裂韌度試樣經(jīng)過疲勞加載-靜態(tài)加 載-疲勞加載測試完成后，將試樣打斷，再采用宏觀金相顯微鏡拍出斷口形貌并加注標(biāo)尺； 基于Photoshop圖像處理軟件，得出裂紋靜態(tài)加載下穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展面積，最后求出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò) 展平均長度。
[0023] 本發(fā)明的測試方法中一個具體的試樣制取流程可以為：
[0024] 先將試樣在高頻疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行疲勞裂紋預(yù)制，然后在靜態(tài)試驗機(jī)上進(jìn)行裂紋 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展測試，最后再將試樣在高頻疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行二次疲勞裂紋擴(kuò)展，而后將試樣打 斷，在宏觀顯微鏡下拍攝斷口全貌照片，從而可清晰觀察出裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展全貌，并在照片加 注標(biāo)尺。
[0025] 本發(fā)明的測量斷裂韌度裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展長度的方法的一個【具體實施方式】的步驟例 如主要包括以下幾步：
[0026] (1)將測量斷裂韌度的三點彎曲試樣（SEB)或緊湊拉伸試樣（CT)在疲勞試驗機(jī)上 進(jìn)行疲勞裂紋預(yù)制，裂紋預(yù)制長度根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21143-2007進(jìn)行預(yù)制；
[0027] (2)將帶有疲勞預(yù)制裂紋的試樣在靜態(tài)試驗機(jī)上進(jìn)行裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展試驗；
[0028] (3)裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展試驗后，再次將試樣在高頻疲勞試驗機(jī)上、小載荷下進(jìn)行二次疲 勞裂紋擴(kuò)展試驗，以便得到清晰的不同裂紋擴(kuò)展路徑界面；
[0029] (4)將測試完的試樣壓斷，采用宏觀顯微鏡對裂紋擴(kuò)展斷口進(jìn)行拍照，并在拍照得 到的照片上加注標(biāo)尺；
[0030] (5)采用Photoshop軟件打開所拍攝的宏觀斷口照片，利用Photoshop中磁性套索 工具，選取裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展區(qū)域；
[0031] (6)利用Photoshop中直方圖工具得出所選區(qū)域的總像素數(shù)，將該不規(guī)則形狀面 積換算為矩形面積，并根據(jù)照片上加注的標(biāo)尺，得出實際單位長度對應(yīng)的像素個數(shù)；
[0032] (7)根據(jù)總的