本发明专利技术公开了一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置及标定方法，标定装置包括腔体、腔体底座和塑料切片，腔体设置在腔体底座的顶部，腔体外形为长方体结构，腔体的腔壁围成的空腔为长方体内腔，前壁和后壁的中部均竖直设置有缝隙，缝隙的两侧沿长度方向均设置有刻度，长方体内腔内充满液态金属，塑料切片可插入缝隙内切割液态金属。本发明专利技术利用液态金属在常温下呈液态且具有一定流动性的性能，将液态金属切割可直观、形象的模拟裂纹扩展的情况，为研发基于DCPD法裂纹监测仪器提供了一种可反复使用和直观表征的模拟裂纹扩展信号的方法，具有性能稳定并可反复操作的优点，大大降低了基于DCPD法裂纹监测仪器的制造成本。
【技术实现步骤摘要】
一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置及标定方法
本专利技术属于核电结构安全分析
，尤其是涉及一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置及标定方法。
技术介绍
在核电领域，主要关键零件处在高温高压水环境中，其焊接接头处由于应力腐蚀容易产生裂纹，监测裂纹长度并评价机械零件寿命是节约核电成本、降低核电安全事故发生的重要研究
在国外，MTS公司研发了基于DCPD(直流电位降)法的裂纹测量系统用于疲劳裂纹扩展测量，MATELECT公司研制了一种采用脉冲直流技术的裂纹扩展监测仪用于监测机械测试中金属试样裂纹扩展。但由于技术保密等原因，国外的这些测试仪器技术介绍资料相对较少。国内虽然也有相关研究但由于历史的原因，国内在台式高精度测量仪器方面和国际水平差距很大，市场目前仍然由安捷仑、泰克等国外著名厂商垄断，仪器价格高，致使裂纹测量系统成本居高不下。为打破垄断技术封锁，降低相关仪器的价格，实现仪器的国产化，研发集成度高、精度高、成本低的裂纹监测仪器非常重要。目前，核电零件裂纹的监测大多数采用DCPD(直流电位降)法，用DCPD法测量试样的裂纹长度实质上是测量试样裂纹两端电压信号的变化，当试样两端加上恒定的直流电流时，裂纹两端的电压降随着裂纹的增长逐渐增大，裂纹扩展的电压信号为微伏级信号。因此，在基于DCPD法的裂纹监测仪器的研发中需要一个与实际裂纹长度对应的电压信号作为研发仪器的信号源，来对裂纹扩展长度的扩展电压信号来量化标定。但是，由于核电领域的核电零件的裂纹增长速率很慢，短则几十天，长则十几年，在仪器研发过程中其实验环境实现周期太长，并不适合作为研发测试仪器时的信号源。因此，目前在国内基于DCPD法的裂纹监测仪器的研制并没有获得性能稳定、反复使用且有效的裂纹扩展信号来量化标定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于DCPD法的裂纹扩展信号标定装置，其为国内基于DCPD法的裂纹监测仪器的研制提供了有效的裂纹扩展信号的量化标定，具有裂纹模拟形象直观、性能稳定、可反复使用的优点，大大降低了基于DCPD法裂纹监测仪器的制造成本。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：包括腔体、腔体底座和塑料切片，所述腔体设置在腔体底座的顶部，所述腔体的外形为长方体结构，所述腔体由前壁、后壁、左壁、右壁和底壁组成，所述前壁、后壁、左壁、右壁和底壁围成的空腔为长方体内腔，所述长方体内腔内充满液态金属，所述前壁和后壁的中部均竖直设置有缝隙，所述前壁和后壁上的缝隙相对称，所述缝隙的两侧沿长度方向均设置有刻度，所述塑料切片插入缝隙内且用于切割液态金属，所述塑料切片的厚度与缝隙的宽度相等，所述塑料切片的长度大于长方体内腔的高度，所述塑料切片的宽度大于长方体内腔的宽度。上述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述标定装置应用于裂纹监测仪器对304钢试样的裂纹扩展信号的标定，所述裂纹监测仪器为基于DCPD法的裂纹监测仪器。上述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述腔体的长度L1为20mm、宽度W1为12mm、高度H1为20mm，所述长方体内腔的长度L2为16mm、宽度W2为10mm、高度H2为18mm。上述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述缝隙的宽度为0.3mm，所述塑料切片的长度为20mm、宽度为12mm、厚度为0.3mm。上述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述液态金属为镓锌合金液态金属。上述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述液态金属的体积为2.88毫升。上述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述镓锌合金液态金属中镓金属的质量与锌金属的质量之比为3：1。本专利技术还提供了一种利用上述装置进行基于DCPD法裂纹扩展信号的标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、在室温下，用针管将液态金属注射到长方体内腔内，使得液态金属充满整个长方体内腔；步骤二、将基于DCPD法的裂纹监测仪器的电流信号输出端连接线沿着前壁内侧插入液态金属内，将基于DCPD法的裂纹监测仪器的电压信号采集端连接线沿着前壁的内侧插入液态金属内，在基于DCPD法的裂纹监测仪器上设定液态金属的输入电流值为0.1A；步骤三、基于DCPD法的裂纹监测仪器采集并保存液态金属的电压输出信号为V0；步骤四、使用塑料切片沿着缝隙并按照缝隙两侧标识的刻度向下切割液态金属，刻度由上向下递增，当切割到1mm时停止切割并保持塑料切片的位置不变，使得液态金属产生模拟裂纹扩展的形状；步骤五、基于DCPD法的裂纹监测仪器采集并保存液态金属在切割1mm时的电压输出信号为V1；步骤六、基于304钢试样的有限元模型分析及液态金属的实验验证，得到液态金属在切割状态下的电压信号与304钢试样裂纹扩展信号之间的关系为：当输入电流为0.1A时，液态金属切割dmm可以模拟当输入电流为1A时304钢试样裂纹增长dmm的裂纹扩展信号，由于两次采集电压输出信号的切割长度差为1mm，依据以上的关系可得到两次采集的电压信号的差值ΔV＝V1-V0可模拟304钢试样裂纹增长1mm的裂纹扩展信号，因此将基于DCPD法的裂纹监测仪器采集的ΔV信号标定为304钢试样输入电流为1A、裂纹扩展1mm时的裂纹扩展信号；步骤七、设定液态金属的切割增长量为1mm，重复步骤四和步骤五并将采集到的电压信号与步骤三采集的电压信号求差值，根据步骤六中的已知的关系结论来对不同的304钢试样的裂纹扩展长度的扩展信号进行标定，当完成裂纹扩展长度为5mm的裂纹扩展信号的标定时，基于DCPD法的裂纹监测仪器的裂纹扩展信号标定结束。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的标定装置结构简单，利用液态金属在常温下呈液态且具有一定的流动性的性能，将液态金属切割后可直观、形象的模拟裂纹扩展的情况，为研发基于DCPD法裂纹监测仪器提供了一种可反复使用和直观表征的模拟裂纹扩展信号的方法，而且随着腔体缝隙的无限加长，此方法可以无极限的模拟裂纹扩展，因此加快了仪器研发的周期。2、本专利技术的液态金属在室温下表层可产生一层氧化膜，此氧化膜与塑料切片之间不粘着，因此有效的保证了靠近腔壁内壁的液态金属的导电连贯性，使得液态金属环绕塑料切片分布并沿着模拟裂纹扩展的方向产生电位差，成功模拟了基于DCPD法的裂纹扩展情况。3、本专利技术利用塑料切片切割液态金属模拟裂纹扩展情况，可行性强、操作简单并可反复操作，解决了实际金属试样裂纹扩展周期长且具有破坏性、实验耗材大的问题，节约了研发裂纹监测仪器的实验研究成本。4、本专利技术可通过改变液态金属的厚度、切割缝隙的宽度等多项参数来模拟裂纹扩展情况，可有效的选取较为精确的电压变化信号，更好地模拟不同试样裂纹扩展的全过程。下面通过附图和实施例，对本专利技术做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术标定装置的结构示意图。图2为本专利技术标定装置的纵向剖面图。图3位本专利技术标定装置的俯视图。图4为本专利技术标定装置腔体和腔体底座的连接关系示意图。图5为本专利技术试样不含有裂纹的电位降法原理图。图6为本专利技术试样含有裂纹的电位降法原理图。图7为本专利技术试样的裂纹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：包括腔体(3)、腔体底座(4)和塑料切片(5)，所述腔体(3)设置在腔体底座(4)的顶部，所述腔体(3)的外形为长方体结构，所述腔体(3)由前壁、后壁、左壁、右壁和底壁组成，所述前壁、后壁、左壁、右壁和底壁围成的空腔为长方体内腔(1)，所述长方体内腔(1)内充满液态金属(6)，所述前壁和后壁的中部均竖直设置有缝隙(2)，所述前壁和后壁上的缝隙(2)相对称，所述缝隙(2)的两侧沿长度方向均设置有刻度，所述塑料切片(5)插入缝隙(2)内且用于切割液态金属(6)，所述塑料切片(5)的厚度与缝隙(2)的宽度相等，所述塑料切片(5)的长度大于长方体内腔(1)的高度，所述塑料切片(5)的宽度大于长方体内腔(1)的宽度。
【技术特征摘要】
1.一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：包括腔体(3)、腔体底座(4)和塑料切片(5)，所述腔体(3)设置在腔体底座(4)的顶部，所述腔体(3)的外形为长方体结构，所述腔体(3)由前壁、后壁、左壁、右壁和底壁组成，所述前壁、后壁、左壁、右壁和底壁围成的空腔为长方体内腔(1)，所述长方体内腔(1)内充满液态金属(6)，所述前壁和后壁的中部均竖直设置有缝隙(2)，所述前壁和后壁上的缝隙(2)相对称，所述缝隙(2)的两侧沿长度方向均设置有刻度，所述塑料切片(5)插入缝隙(2)内且用于切割液态金属(6)，所述塑料切片(5)的厚度与缝隙(2)的宽度相等，所述塑料切片(5)的长度大于长方体内腔(1)的高度，所述塑料切片(5)的宽度大于长方体内腔(1)的宽度。2.按照权利要求1所述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述标定装置应用于裂纹监测仪器对304钢试样的裂纹扩展信号的标定，所述裂纹监测仪器为基于DCPD法的裂纹监测仪器。3.按照权利要求2所述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述腔体(3)的长度L1为20mm、宽度W1为12mm、高度H1为20mm，所述长方体内腔(1)的长度L2为16mm、宽度W2为10mm、高度H2为18mm。4.按照权利要求3所述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述缝隙(2)的宽度为0.3mm，所述塑料切片(5)的长度为20mm、宽度为12mm、厚度为0.3mm。5.按照权利要求4所述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述液态金属(6)为镓锌合金液态金属。6.按照权利要求5所述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述液态金属(6)的体积为2.88毫升。7.按照权利要求5所述的一种基于DCPD法裂纹扩展信号的标定装置，其特征在于：所述镓锌合金液态金属中镓金属的质量与锌金属的质量之比为3：1。8.一种利用如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛河，苟思育，张亮，倪陈强，魏其深，李萌，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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