專利名稱：：一種大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度的自動(dòng)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于裂紋長度的測量方法領(lǐng)域，主要提出一種大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度的自動(dòng)測量方》去。
背景技術(shù)：
：工程中因疲勞作用而斷裂失效的構(gòu)件，疲勞源大多來自于構(gòu)件的表面裂紋，因此，研究構(gòu)件表面裂紋的形成與擴(kuò)展規(guī)律是目前工程界^5開究的重要課題之一。然而，如何準(zhǔn)確方便地觀糧出表面裂紋長度卻是該課題中的課題。測量表面裂紋長度，尤其是大尺寸試樣的表面裂紋長度，國內(nèi)不少單位都采用多種測量方法如顯微鏡觀察法、復(fù)型法、電位法(包括直流電位法、交流電位法、交直流翻轉(zhuǎn)電位法、脈沖直流電位法等)、斷裂絲片法等進(jìn)行了試驗(yàn)嘗試，但效果都不令人滿意。顯微鏡觀察法或通31ii續(xù)變焦體視顯微鏡定時(shí)拍照再通過計(jì)算機(jī)處理的方法及復(fù)型法雖然比較簡單直觀，但往往會(huì)帶來一定的人為測量iMM,而且勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，尤其對(duì)于長壽命的疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)成本也較高。電位法雖然可以實(shí)現(xiàn)表面裂紋長度的自動(dòng)化領(lǐng)懂，但由于表面裂紋所占大尺寸試樣的比例很小，使得電位法測量精度過低，無法滿足高精度的觀懂需求。斷裂絲片法也存在明顯的技術(shù)問題如絲間距的存在將造成領(lǐng)糧的不連續(xù)等。因此，目前國內(nèi)還沒有一種比較好的大尺寸試樣表面裂紋長度的自動(dòng)領(lǐng)懂方法。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)表面裂紋需要準(zhǔn)確高效測量，而目前國內(nèi)又沒有一種比較好的大尺寸試樣表面裂紋長度自動(dòng)測量方法這種現(xiàn)狀，劍門通過資料調(diào)研與分析及大量反復(fù)的試驗(yàn)研究，提出了一種大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度的自動(dòng)化觀懂方法。使該方法可以明顯提高大尺寸試樣表面裂紋長度的測量精度，同時(shí)可以降低試驗(yàn)成本，提高工作效率；也為自動(dòng)測量不同加載條件其它類型的裂紋長度提供了一種可行思路。大尺寸試樣表面裂紋長度的測量，目前國內(nèi)多數(shù)單位仍采用顯微鏡觀察法或通過連續(xù)變焦體視顯微鏡定時(shí)拍照再通過計(jì)算機(jī)處理的方法，這種方法簡單直觀，但容易引入人為測量誤差，加之勞動(dòng)強(qiáng)度大，試驗(yàn)成本高，與當(dāng)今社會(huì)自動(dòng)化、信息化的迅3孟發(fā)展極不協(xié)調(diào)。能否找到一種方纟去，既能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸試樣表面裂紋長度的自動(dòng)化湖懂，又能夠保證較高的測量精度？首先想到了電位法。然而，由于大尺寸試樣表面裂紋引起的開裂面積占整4H式樣裂紋所在截面的面積過小，使得在裂紋擴(kuò)ra:程中，i辦裂i^;f在截面的電阻變化不明顯，在恒電流(電流不易過大，否則有熱損耗)作用下，電壓變化相應(yīng)微弱，不容易實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的準(zhǔn)確提取，因而電位法測量大尺寸試樣表面裂紋長度的精度和靈敏度將難以保證。既然這樣，有沒有一種方法能夠?qū)⒃嚇拥谋砻媪鸭y提取出來，作為獨(dú)立的研頓象而又不受其他非開裂面的干擾呢？基于這種思路，本發(fā)明提出了這樣一種方法，即采用設(shè)計(jì)有一定形狀的康銅箔片，將其與大尺寸試樣充分粘貼，使其開裂速率和表面裂紋擴(kuò)展速率同步，從而通過測量康銅箔片的開裂長度實(shí)現(xiàn)測量試樣表面裂紋長度，進(jìn)而再通過計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)表面裂紋長度的自動(dòng)化測量。本發(fā)明所采用的方、法是在大尺寸試樣表面裂紋兩端分別粘貼上具有一定形狀的康銅箔片，將兩片康銅箔片上位于同一側(cè)(非測量端)的兩個(gè)電壓觸點(diǎn)用細(xì)導(dǎo)線串聯(lián)，將另一側(cè)(測量端)的兩個(gè)電壓觸點(diǎn)分別接入電壓信號(hào)觀糧與采集系統(tǒng)，將兩片厳同箔片同一側(cè)(非測量端)的兩個(gè)電流觸點(diǎn)用細(xì)導(dǎo)線串聯(lián)，將另一側(cè)(測量端)的兩個(gè)電流觸點(diǎn)接入恒定的電流供應(yīng)系統(tǒng)；通過連續(xù)測量康銅箔片測量端由于其自身隨表面裂紋擴(kuò)展開裂而造成的電壓變化，根據(jù)標(biāo)定粒的康銅箔片測量端電壓變化與試樣表面裂紋長度的關(guān)系，得到大尺寸試樣表面裂紋的擴(kuò)展長度。本發(fā)明提出的大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度A2c(mm)與M箔片測量端的電壓變化Au的函數(shù)關(guān)系為A2c(mm)二0.07365Au(mV)+0.08936(R=0.9995)。通過連續(xù)測量康銅箔片測量端兩側(cè)的電壓變4tAu,根據(jù)其與表面裂紋擴(kuò)展長度的關(guān)系，通過計(jì)算機(jī)編程便可以實(shí)現(xiàn)大尺寸試樣表面裂紋長度的連續(xù)自動(dòng)利用本發(fā)明方法所建立的表面裂紋長度自動(dòng)測量方法和測量系統(tǒng)，可以對(duì)大尺寸試樣的表面裂紋長度進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)測量。由于該方法采用了獨(dú)立于試樣的康銅箔片及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)，突破了以往多種表面裂紋測量方法^^W究對(duì)象定位在大尺寸試樣表面裂紋本身的思維模式，大大提高了大尺寸試樣表面裂紋長度的測量精度，避免了采用顯微鏡觀察法、復(fù)型法等由于不同人測量而引入的人為測量誤差；同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了表面裂紋長度觀糧的自動(dòng)化，采用該方法還能夠明顯節(jié)約試驗(yàn)成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。圖l為康銅箔片測量表面裂紋長度自動(dòng)測量系統(tǒng)示意圖。圖中，1、康銅箔片電壓串聯(lián)線，2、大尺寸試樣的表面裂紋，3、康銅箔片串聯(lián)電流線，4、藤同箔片的電壓觸點(diǎn)，5、單個(gè)的康銅箔片，6、大尺寸試樣，7、電流回路，8、觀糧電壓回路，9、穩(wěn)流器與電壓信號(hào)測量集成裝置，10、計(jì)算機(jī)。具體實(shí)施例方式康銅箔片的粘貼步驟如下-(1)、打磨試樣。用粗細(xì)M如80tt的砂紙反復(fù)打磨表面裂!5^f在試樣表面。(2)、清洗試樣。用丙酮擦洗試樣表面多遍，直至擦洗棉球無臟物為止。(3)、銳化試樣表面缺口。采用專用工具銳化表面缺口的兩個(gè)前端，確保銳化深度和長度一致，且銳化方向在一條直線上，模擬實(shí)際表面裂紋。(4)、配膠粘劑。將M-610環(huán)氧樹脂膠粘劑的A與B組分按1:l混合均勻。(5)、放置膠粘劑。將混合好的膠粘劑放置6090min。(6)、涂膠。采用專用工具，將事先準(zhǔn)備好的兩片康銅箔片涂膠，膠層厚度盡可能涂薄(如不要超過O.lmm)，同時(shí)保證膠層涂抹均勻。(7)、粘貼康銅箔片。將兩片康銅箔片粘貼在表面裂紋的兩端，注意保證康銅箔片上表面清潔。(8)、定位康銅箔片。在顯微鏡下，輕輕移動(dòng)兩個(gè)康銅箔片，使其前端充分靠近表面裂紋的兩個(gè)尖端，同時(shí)確保兩個(gè)康銅箔片的幾何中線位于表面裂紋兩個(gè)尖端的銳化線上。(9)、施壓。將位置固定的兩個(gè)康銅箔片上表面施加0.10.3MPa的壓力。柳、固化待用。將粘貼好兩個(gè)康銅箔片的試樣放置在一個(gè)清潔無污染的環(huán)境中，放置12h以上固化。電流、電壓微小觸點(diǎn)的焊接-由于康銅箔片的電流、電壓觸點(diǎn)設(shè)計(jì)較小，為確保電流、電壓線與相應(yīng)觸點(diǎn)的充分焊合，需要專用的焊接技術(shù)來實(shí)施，具體步驟如下(1)、檢査康銅箔片的電流、電壓觸點(diǎn)是否清潔干凈。(2)、準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備好焊接電流、電壓微小觸點(diǎn)所用的工具如恒溫尖頭微型電烙鐵、自行配置的專用助焊劑、低熔點(diǎn)細(xì)焊絲(如直徑為0.5mm)等。(3)、點(diǎn)加助焊劑。在保證電流、電壓微小觸點(diǎn)清潔干凈的情況下，采用專用工具，依次在八個(gè)觸點(diǎn)上適量點(diǎn)加自行配置的專用助焊劑。(4)、選線。選用直徑約為l咖的多股絕緣銅線四根。(5)、焊接。將銅線端頭抹上適量熔化的焊絲，準(zhǔn)確地方文在電流或電壓微小觸點(diǎn)上的助焊劑中(可用探照燈照明)，用恒溫尖頭微型電烙鐵焊接，并確保每個(gè)焊點(diǎn)盡可能小。(6)、檢査。依次輕動(dòng)焊接線，確保每個(gè)焊點(diǎn)牢固焊合?？点~箔片測量表面裂紋長度標(biāo)定觀糧系統(tǒng)的建立為實(shí)現(xiàn)表面裂紋長度的自動(dòng)化測量，僅有康銅箔片是不夠的，還需要有穩(wěn)流器提供恒定的電流(如200mA)、需要有毫伏電壓表測量雜同箔片兩側(cè)變化的電壓，需要有計(jì)對(duì)/M集毫伏電壓表的,等，如圖1為康銅箔片、穩(wěn)流器與電壓測量集成系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)的連接圖。表面裂紋長度與康銅箔片兩側(cè)電壓變化函數(shù)關(guān)系的建立利用康銅箔片測量表面裂紋長度的標(biāo)定測量系統(tǒng)，通過穩(wěn)流器與電壓信號(hào)采驗(yàn)成系統(tǒng)提供200mA的電流，測量繊箔片兩頓啲電壓變化。對(duì)辦同箔片的開裂長度與其兩側(cè)的電壓變化進(jìn)行標(biāo)定，試驗(yàn)終止后撕去康銅箔片，比較表面裂紋的擴(kuò)展長度與康銅箔片的開裂長度，結(jié)果表明，兩者之間的誤差不超過0.4%,因此，可以用康銅箔片的開裂長度作為表面裂紋的擴(kuò)展長度。經(jīng)試驗(yàn)標(biāo)定，大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度A2c與康銅箔片兩側(cè)的電壓變化Au的函數(shù)關(guān)系如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(I)根據(jù)上式，只要連續(xù)測量康銅箔片兩側(cè)的電壓變^Au，就可以通過計(jì)^n編程實(shí)現(xiàn)表面裂紋長度的連續(xù)自動(dòng)測量。試驗(yàn)方法根據(jù)以上建立的康銅箔片測量表面裂紋長度標(biāo)定測量系統(tǒng)及表面裂紋長度與康銅箔片兩側(cè)電壓變化關(guān)系的方程，就可以建立大尺寸試樣表面裂紋長度自動(dòng)測量方法。首先，將準(zhǔn)備好的試樣打磨、擦洗、缺口銳化，然后粘貼康銅箔片，12小時(shí)后焊接電流和電壓的觸點(diǎn)，接著連接系鄉(xiāng)行試驗(yàn)，通過標(biāo)定測量系統(tǒng)連續(xù)采集康銅箔片的電壓變化，自動(dòng)計(jì)算表面裂紋的擴(kuò)展長度。最后，還可以根據(jù)試驗(yàn)獲得的表面裂紋長度與循環(huán)周次的關(guān)系，粒表面裂紋擴(kuò)展規(guī)律,從而為構(gòu)件或材料的剩余服役壽^i平估提供依據(jù)。根據(jù)所建立的表面裂紋長度的自動(dòng)測量系統(tǒng)和測量方法，進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)在專門設(shè)計(jì)有懸臂彎曲加載系統(tǒng)的PWS-50型電液伺服材料逸驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，所用試樣為板狀形式，長為400mm，寬64ram，厚20mm，初始表面裂紋位于接近最大試樣最大彎距處，銳化并預(yù)制的疲勞裂紋長度為8.83mm，約擴(kuò)展15mm終止試驗(yàn)。采用懸臂彎曲的加載方式，位移控制，控制幅值為6mm，正弦波形，i^頻率為1.OHz。采用目測法和串聯(lián)康銅箔片建立的表面裂紋長度自動(dòng)測量系統(tǒng)同時(shí)測量表面裂紋長度，比較觀糧結(jié)果，并計(jì)算相應(yīng)的誤差。試驗(yàn)結(jié)果見表l。表1目領(lǐng)賠與康銅箔片法自動(dòng)測量表面裂紋長度的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注表1中，a前和a后指采用目測法測量表面裂紋兩端讀數(shù)2c和A2c分別指采用目測法測量表面裂紋長度及其增量u和Au分別指串麟銅箔片兩觀啲電壓及其變化量，A2c'指通過采用康銅箔片標(biāo)定出的方程(I)式計(jì)算出的表面裂紋長度的增量。從表1的測量與計(jì)算數(shù)據(jù)可知，采用本發(fā)明方法自動(dòng)須懂的表面裂紋長度與采用目測法測量的裂紋長度在整個(gè)裂紋擴(kuò)展中的最大誤差基本上不超過2.0%，測量精度明顯高于其它方法?？梢?，本發(fā)明方法完全適用于連續(xù)自動(dòng)測量大尺寸試樣的表面裂紋長度，既滿足了較高的測量精度，又明顯節(jié)約了試驗(yàn)成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。權(quán)利要求1.一種大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度的自動(dòng)測量方法，其特征是在大尺寸試樣表面裂紋兩端分別粘貼具有一定形狀的康銅箔片，將兩片康銅箔片上位于非測量端的兩個(gè)電壓觸點(diǎn)和兩個(gè)電流觸點(diǎn)分別串聯(lián)，將兩片康銅箔片測量端的兩個(gè)電壓觸點(diǎn)和兩個(gè)電流觸點(diǎn)分別接入電壓信號(hào)測量與采集系統(tǒng)和恒定的小電流供電系統(tǒng)；通過連續(xù)測量康銅箔片測量端由于其自身隨表面裂紋擴(kuò)展開裂而造成的電壓變化，根據(jù)標(biāo)定建立的康銅箔片測量端電壓變化與表面裂紋長度的關(guān)系，得到大尺寸試樣表面裂紋的擴(kuò)展長度。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度的自動(dòng)測量方法，其特征是由康銅箔片兩側(cè)的電壓變ftffl過大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度A2c(醒)與藤同箔片兩側(cè)的電壓變4^Au的函數(shù)關(guān)系，即A2c(腿)二0.07365Au(mV)+0.08936(R=0.9995)得到大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度。3、根據(jù)權(quán)利要求1戶，的一種大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度的自動(dòng)測量方法，其特征是所述的大尺寸試樣表面裂紋在粘貼康銅箔片前進(jìn)行銳化，即銳化大尺寸試樣表面裂紋的兩個(gè)前端，確保銳化深度和長度一致，且銳化方向在一條直線上，以模擬實(shí)際表面裂紋，使兩個(gè)康銅箔片前端充分靠近表面裂紋的兩個(gè)尖端，同時(shí)確保兩個(gè)康銅箔片的幾何中線位于表面裂紋兩個(gè)尖端的銳化線上。全文摘要本發(fā)明提出的一種大尺寸試樣表面裂紋擴(kuò)展長度的自動(dòng)測量方法是在大尺寸試樣表面裂紋兩端分別粘貼具有一定形狀的康銅箔片，將兩片康銅箔片上位于非測量端的兩個(gè)電壓觸點(diǎn)和兩個(gè)電流觸點(diǎn)分別串聯(lián)，將兩片康銅箔片測量端的兩個(gè)電壓觸點(diǎn)和兩個(gè)電流觸點(diǎn)分別接入電壓信號(hào)測量與采集系統(tǒng)和恒定的小電流供電系統(tǒng)；通過連續(xù)測量康銅箔片測量端由于其自身隨表面裂紋擴(kuò)展開裂而造成的電壓變化，根據(jù)標(biāo)定建立的康銅箔片測量端電壓變化與表面裂紋長度的關(guān)系，得到大尺寸試樣表面裂紋的擴(kuò)展長度。本發(fā)明提出的測量方法可明顯提高大尺寸試樣表面裂紋長度的測量精度，同時(shí)可降低試驗(yàn)成本，提高工作效率；也為自動(dòng)測量不同加載條件其它類型的裂紋長度提供了一種可行思路。文檔編號(hào)G01B7/02GK101281017SQ200810049848公開日2008年10月8日申請(qǐng)日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日發(fā)明者張亞軍,方文華,查小琴申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所