專利名稱：一種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涉及材料的疲勞裂紋擴(kuò)展性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法
背景技術(shù)：
套管鉆井技術(shù)作為ー種新的經(jīng)濟(jì)的鉆井方式，已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的作業(yè)方式，因此對(duì)材料提出了既不同于過(guò)去固井用套管的性能要求，也不同于過(guò)去鉆井用鉆桿的性能要求。除了承受靜態(tài)載荷，要求材料具有較高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的同時(shí)必須承受動(dòng)態(tài)載荷，要求必須具有足夠高的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力，尤其對(duì)于某些地質(zhì)結(jié)構(gòu)多變的環(huán)境，如巖石、粘土層等等。通常為了工程設(shè)計(jì)，需要測(cè)試材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能參數(shù)。但眾所周知，在相同試驗(yàn)條件下，不同試樣的的試驗(yàn)結(jié)果分散性很大，影響因素包括不同試樣尺寸偏差帶來(lái)的影響的，試樣夾持位置差異造成的影響。通常為了消除各種因素的影響，采用多組試樣取其平均值，這不但浪費(fèi)了試樣，浪費(fèi)了時(shí)間，占用了試驗(yàn)機(jī)時(shí)，而且也不能保證試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)地反映試驗(yàn)參數(shù)對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展性能的影響。本發(fā)明主要就是解決了這個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)試樣、更低成本、準(zhǔn)確測(cè)試相同材料相同參數(shù)下的疲勞裂紋擴(kuò)展性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了ー種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法，單個(gè)試樣、更低成本、準(zhǔn)確測(cè)試相同材料相同參數(shù)下的疲勞裂紋擴(kuò)展性能，最大的特點(diǎn)是成本低，準(zhǔn)確度高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是ー種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法，包括有如下步驟
第一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加工試樣，米用緊湊拉伸試樣，試樣厚度ガ為I 20mm，寬度F為30 100mm,切ロ采用線切割方式加工，預(yù)裂長(zhǎng)度為I. 5 4. 5mm ;
第二，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法將試樣夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為PLD-100型液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)，裂紋長(zhǎng)度由微機(jī)輔助電位法監(jiān)測(cè)，電位函數(shù)由邊界元法計(jì)算給出；
第三，根據(jù)不同檢測(cè)試樣施加不同試驗(yàn)參數(shù)；
第四，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較試驗(yàn)結(jié)果；根據(jù)電腦采集到的數(shù)據(jù)包括裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度和對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)，然后計(jì)算不同裂紋長(zhǎng)度處的裂紋擴(kuò)展速率，對(duì)于降載和升載過(guò)程，采用割線法計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率；對(duì)于恒載實(shí)驗(yàn)過(guò)程，采用七點(diǎn)遞增多項(xiàng)式計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率，井根據(jù)裂紋長(zhǎng)度及載荷等參數(shù)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度的公式為
= Kmax — Kmin 式中
Af為應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度MPa m1/2 ；
Kmax和^fniin分別為最大和最小應(yīng)カ強(qiáng)度因子幅值MPa m1/2 ；應(yīng)カ強(qiáng)度因子#通過(guò)下式計(jì)算
權(quán)利要求
1.ー種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 第一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加工試樣，米用緊湊拉伸試樣，試樣厚度ガ為I 20mm，寬度F為30 100mm,切ロ采用線切割方式加工，預(yù)裂長(zhǎng)度為I. 5 4. 5mm ; 第二，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法將試樣夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，裂紋長(zhǎng)度由微機(jī)輔助電位法監(jiān)測(cè)，電位函數(shù)由邊界元法計(jì)算給出； 第三，根據(jù)不同檢測(cè)目的施加不同試驗(yàn)參數(shù)，利用韌帶尺寸減去預(yù)裂長(zhǎng)度及失穩(wěn)斷裂預(yù)留長(zhǎng)度，然后將剰余尺寸根據(jù)根據(jù)參數(shù)變化數(shù)量均分； 第四，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較試驗(yàn)結(jié)果；根據(jù)電腦采集到的數(shù)據(jù)包括裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度和對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)，然后計(jì)算不同裂紋長(zhǎng)度處的裂紋擴(kuò)展速率，對(duì)于降載和升載過(guò)程，采用割線法計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率；對(duì)于恒載實(shí)驗(yàn)過(guò)程，采用七點(diǎn)遞增多項(xiàng)式計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率，井根據(jù)裂紋長(zhǎng)度及載荷等參數(shù)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度的公式為Al = ^max — ^min式中 Af為應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度MPa m1/2 ； Kmax和^fniin分別為最大和最小應(yīng)カ強(qiáng)度因子幅值MPa m1/2 ； 應(yīng)カ強(qiáng)度因子#通過(guò)下式計(jì)算
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 第一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加工試樣，采用緊湊拉伸試樣，試樣厚度ガ=4. 8mm，寬度Zf= 30mm，切ロ采用線切割方式加工，預(yù)裂長(zhǎng)度為2mm ； 第二，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法將試樣夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為PLD-IOO型液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)，裂紋長(zhǎng)度由微機(jī)輔助電位法監(jiān)測(cè)，電位函數(shù)由邊界元法計(jì)算給出； 第三，設(shè)置試驗(yàn)溫度為室溫，頻率為10Hz，加載波形為正弦波型，載荷為1.4kN，試驗(yàn)應(yīng)力比/ = PmJPmax,分別為0. U0. 3,0. 5,0. 7，檢測(cè)順序依次為應(yīng)カ比0.I — 0. 3 — 0. 5 — 0. 7，根據(jù)韌帶長(zhǎng)度15mm，預(yù)裂紋長(zhǎng)度I. 5mm,失穩(wěn)斷裂長(zhǎng)度預(yù)留5. 5mm,每ー種應(yīng)カ比下的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度為2mm ； 第四，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較試驗(yàn)結(jié)果； 根據(jù)電腦采集到的數(shù)據(jù)包括裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度和對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)，然后采用七點(diǎn)遞增多項(xiàng)式計(jì)算不同裂紋長(zhǎng)度處的裂紋擴(kuò)展速率，并根據(jù)裂紋長(zhǎng)度及載荷等參數(shù)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度的公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 第一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加工試樣，采用緊湊拉伸試樣，試樣厚度ガ=4. 8mm，寬度Zf= 30mm，切ロ采用線切割方式加工，預(yù)裂長(zhǎng)度為2mm ； 第二，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法將試樣夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為PLD-100型液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)，裂紋長(zhǎng)度由微機(jī)輔助電位法監(jiān)測(cè)，電位函數(shù)由邊界元法計(jì)算給出； 第三，設(shè)置試驗(yàn)溫度為室溫，加載波形為正弦波型，載荷為I. 4kN，試驗(yàn)應(yīng)力比/ 為0. 1，頻率為IOHz，2Hz，0. 4Hz，檢測(cè)順序依次為頻率0. 4Hz — 2Hz — 10Hz，根據(jù)韌帶長(zhǎng)度15mm，預(yù)裂紋長(zhǎng)度2mm，失穩(wěn)斷裂長(zhǎng)度預(yù)留7mm，每ー種頻率下的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度為2mm ； 第四，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較試驗(yàn)結(jié)果； 根據(jù)電腦采集到的數(shù)據(jù)包括裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度和對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)，然后采用七點(diǎn)遞增多項(xiàng)式計(jì)算不同裂紋長(zhǎng)度處的裂紋擴(kuò)展速率，并根據(jù)裂紋長(zhǎng)度及載荷等參數(shù)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度的公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 第一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加工試樣，采用緊湊拉伸試樣，試樣厚度ガ=4. 8mm，寬度Zf= 30mm，切ロ采用線切割方式加工，預(yù)裂長(zhǎng)度為2mm ； 第二，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法將試樣夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為PLD-100型液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)，裂紋長(zhǎng)度由微機(jī)輔助電位法監(jiān)測(cè)，電位函數(shù)由邊界元法計(jì)算給出； 第三，根據(jù)不同研究對(duì)象施加不同試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)溫度為室溫，加載波形為正弦波型，頻率為IOHz，試驗(yàn)應(yīng)カ比/ = /^nがmax，分別為:0. 1,0. 3,0. 5,0. 7，檢測(cè)順序依次為應(yīng)カ比0.1-0.3-0.5-0.7，疲勞裂紋門檻值的確定采用降載法，每ー種應(yīng)カ比下，載荷都是從1.4kN開(kāi)始逐級(jí)降載，分級(jí)降載百分比保持在5%，同時(shí)保證每級(jí)載荷下裂紋擴(kuò)展量是上ー級(jí)載荷下塑性區(qū)尺寸的4-6倍，直到疲勞循環(huán)I X IO6次裂紋不發(fā)生0. Imm擴(kuò)展為止，對(duì)應(yīng)的Af即為對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展門檻值；根據(jù)韌帶長(zhǎng)度15mm，預(yù)裂紋長(zhǎng)度I. 5mm，失穩(wěn)斷裂長(zhǎng)度預(yù)留5. 5mm,姆ー種應(yīng)カ比下的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度為2_ ； 第四，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較試驗(yàn)結(jié)果； 根據(jù)電腦采集到的數(shù)據(jù)包括裂紋擴(kuò)展的長(zhǎng)度和對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)，然后采用采用割線法計(jì)算不同裂紋長(zhǎng)度處的裂紋擴(kuò)展速率，并根據(jù)裂紋長(zhǎng)度及載荷等參數(shù)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度的公式為
全文摘要
一種不同參數(shù)對(duì)材料疲勞裂紋擴(kuò)展性能影響的檢測(cè)方法，包括如下步驟第一，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加工試樣，采用緊湊拉伸試樣；第二，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法將試樣夾持在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，裂紋長(zhǎng)度由微機(jī)輔助電位法監(jiān)測(cè)，電位函數(shù)由邊界元法計(jì)算給出；第三，根據(jù)不同檢測(cè)試樣施加不同試驗(yàn)參數(shù)；第四，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較試驗(yàn)結(jié)果，具有檢測(cè)效率高、成本低，檢測(cè)精確的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102645385SQ201210106340
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者許天旱 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)