【技术实现步骤摘要】
裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置
本专利技术属于工程零部件安全分析
，尤其是涉及一种裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置。
技术介绍
航空、核电、动力和冶金等工业中的许多工程零部件，如轴、曲轴、连杆、齿轮、压力容器、汽轮机叶片等在其服役期间由于环境温度和压力等恶劣环境的不断变化，导致这些零部件不仅承受着循环载荷所产生的机械应力，还承受着温度、压力等周期性的变化引起的循环应力。尤其是在零部件的应力集中部位，在长期服役的过程中会产生微裂纹，而微裂纹的产生将导致零部件的材料性能发生一系列变化，如强度、刚度发生折减。微裂纹逐渐积累形成宏观裂纹并发生扩展，最终造成材料失效和破坏，金属零部件断裂后不仅完全丧失了服役能力，还可能会造成重大的经济损失和灾难性的事故。20世纪70年代瑞典对当时的85条大型船舶结构的破损情况进行了调查，其结果表明因疲劳裂纹产生的破坏比例达到了70.45％；英国劳氏船级社对1980-1996年间的186艘散货船海损事故进行了调查研究，其结果表明发生海损事故的一个重要的原因就是船舶的疲劳强度不足使得船舶破损沉入海里；还有研究显示80年代来，由于疲劳断裂引起的飞机坠毁重大事故，平均每年100次。为了确保设备及零部件在使用时存在或正在扩展的裂纹不会发生无法挽回的灾难性事故，必须可靠的确定零部件在疲劳条件下的亚临界裂纹扩展情况，它是决定零部件疲劳寿命的特性指标之一。裂纹扩展测量系统普遍采用的是基于DCPD法的裂纹扩展测量系统，DCPD法为直流电位降测量法是基于试样的导电性来测量裂纹长度，试样在裂纹扩展时其电位场发生变化，试样裂纹两端的...
【技术保护点】
1.一种裂纹扩展测量系统，其特征在于：包括用于输出恒定直流电流的恒流源(1)、用于将恒流源(1)输出的恒定直流电流方向翻转的直流翻转电路(2)、用于将接收电压信号放大的运放模块(5)、用于将接收的电压模拟信号转化为数字信号并对数字信号进行分析计算的单片机控制器(6)、用于显示测量值的上位机(7)、用于隔断恒流源(1)与单片机控制器(6)之间电气连接的隔离电路(8)、用于连接输出恒定直流电流的电流连接线(10)和用于连接输入待测量电压信号的电压连接线(11)，所述恒流源(1)与外接的24V电池(12)连接且恒流源(1)的电流信号端与直流翻转电路(2)的输入端连接，所述直流翻转电路(2)的输出端与电流连接线(10)连接且将恒定直流电流信号传输至与电流连接线(10)连接的测量试样(9)，所述电压连接线(11)与运放模块(5)输入端连接且电压连接线(11)通过与测量试样(9)连接将电压信号传输至运放模块(5)，所述运放模块(5)的输出端与单片机控制器(6)的输入端连接且将采集的电压信号放大后传输至单片机控制器(6)，所述运放模块(5)与外接的12V电池(13)连接，所述单片机控制器(6)的输出...
【技术特征摘要】
1.一种裂纹扩展测量系统，其特征在于：包括用于输出恒定直流电流的恒流源(1)、用于将恒流源(1)输出的恒定直流电流方向翻转的直流翻转电路(2)、用于将接收电压信号放大的运放模块(5)、用于将接收的电压模拟信号转化为数字信号并对数字信号进行分析计算的单片机控制器(6)、用于显示测量值的上位机(7)、用于隔断恒流源(1)与单片机控制器(6)之间电气连接的隔离电路(8)、用于连接输出恒定直流电流的电流连接线(10)和用于连接输入待测量电压信号的电压连接线(11)，所述恒流源(1)与外接的24V电池(12)连接且恒流源(1)的电流信号端与直流翻转电路(2)的输入端连接，所述直流翻转电路(2)的输出端与电流连接线(10)连接且将恒定直流电流信号传输至与电流连接线(10)连接的测量试样(9)，所述电压连接线(11)与运放模块(5)输入端连接且电压连接线(11)通过与测量试样(9)连接将电压信号传输至运放模块(5)，所述运放模块(5)的输出端与单片机控制器(6)的输入端连接且将采集的电压信号放大后传输至单片机控制器(6)，所述运放模块(5)与外接的12V电池(13)连接，所述单片机控制器(6)的输出端与上位机(7)输入端连接且将分析计算后的测量数值显示在上位机(7)上，所述恒流源(1)的数据发送端与单片机控制器(6)的数据接收端连接且将恒流源(1)数据信号传输至单片机控制器(6)，所述恒流源(1)的数据接收端与单片机控制器(6)的数据发送端连接来接收单片机控制器(6)的命令，所述恒流源(1)的电源端与隔离电路(8)连接，所述隔离电路(8)与单片机控制器(6)的电源端连接且用于防止恒流源(1)信号对单片机控制器(6)接收信号造成干扰，所述单片机控制器(6)与直流翻转电路(2)连接且将翻转指令传输至直流翻转电路(2)来控制电流方向的翻转。2.按照权利要求1所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述隔离电路(8)包括两个型号均为PC817的光耦1和光耦2，所述光耦1的1号引脚与接入电路的VCC(15)端连接、2号引脚与单片机控制器(6)的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器(6)的VCC端连接、4号引脚与恒流源(1)的VCC端连接，所述光耦2的1号引脚与VCC(15)端连接、2号引脚与单片机控制器(6)的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器(6)的GND端连接、4号引脚与恒流源(1)的GND端连接。3.按照权利要求2所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述电流连接线(10)由电流输出导线(10-1)和电流输入导线(10-2)组成，所述电压连接线(11)有两根导线组成，所述直流翻转电路(2)包括固态继电器SSR1、固态继电器SSR2、固态继电器SSR3、固态继电器SSR4和型号为ULN2003A的晶体管阵列，所述晶体管阵列的9号引脚接入外接的5V电池(14)、1号引脚和2号引脚均与单片机控制器(6)的指令输出端连接，所述晶体管阵列的15号引脚与固态继电器SSR2的4号引脚和固态继电器SSR4的4号引脚均连接、16号引脚与固态继电器SSR1的4号引脚和固态继电器SSR3的4号引脚均连接，所述固态继电器SSR1的3号引脚、固态继电器SSR2的3号引脚、固态继电器SSR3的3号引脚和固态继电器SSR4的3号引脚均接入外接的5V电池(14)，所述固态继电器SSR1的2号引脚和固态继电器SSR2的2号引脚均与恒流源(1)的电流正极输出端连接，所述固态继电器SSR3的1号引脚和固态继电器SSR4的1号引脚均与恒流源(1)的电流负极输入端连接，所述固态继电器SSR1的1号引脚和固态继电器SSR4的2号引脚均与电流输出导线(10-1)连接，所述固态继电器SSR2的1号引脚和固态继电器SSR3的2号引脚均与电流输入导线(10-2)连接。4.按照权利要求3所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述电流输出导线(10-1)与测量试样(9)的焊接点到测量试样(9)裂纹的距离、电流输入导线(10-2)与测量试样(9)的焊接点到测量试样(9)裂纹的距离均大于电压连接线(11)的导线与测量试样(9)的焊接点到测量试样(9)裂纹的距离。5.按照权利要求1或2所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述恒流源(1)为型号是ZXY-6005S的程控电源。6.一种利用如权利要求4所述系统进行裂纹扩展测量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、开启裂纹扩展测量系统的电源开关，将电流输出导线(10-1)和电流输入导线(10-2)分别点焊接到测量试样(9)的裂纹面两侧，将电压连接线(11)分别点焊接到测量试样(9)的裂纹两侧；步骤二、在上位机(7)中设置恒流源(1)的输出恒定直流电流值和输出电压值，上位机(7)将设定恒定直流电流值命令通过单片机控制器(6)的数据发送端传输至恒流源(1)的数据接收端，恒流源(1)输出上位机(7)设定的恒定直流电流，恒定直流电流传输至直流翻转电路(2)，直流翻转电路(2)在单片机控制器(6)的控制下不停翻转恒定直流电流方向，不停翻转的恒定直流电流通过电流输出导线(10-1)传输至测量试样(9)内，并从测量试样(9)输出后经过电流输入导线(10-2)流至直流翻转电路(2)；步骤三、运放模块(5)接收到电压连接线(11)传输的测量电压信号并将采集的电压信号放大，且运放模块(5)将放大的电压信号传输至单片机控制器(6)内，单片机控制器(6)将接收的电压模拟信号转化为数字信号并进行分析计算，单片机控制器(6)并将分析计算后的数据上传至上位机(7)，操作者可在上位机(7)中查看测量试样(9)的裂纹扩展长度数据，单片机控制器(6)的分析计算公式为：a＝15.153*u2+83.408u+3.2361其中，a为测量试样(9)的裂纹扩展长度且单位为mm，u为测量试样(9)的电压信号数据且单位为μV；测量试样(9)的裂纹扩展数据测量完毕。7.一种对权利要求4所述测量系统的裂纹扩展测量准确度进行检验的检验装置，其特征在于：包括固定有多个检验试样的固定片裂纹长度变化系统(3)和用于控制检验试样测量次序的单片机与继电器组控制模块(4)，所述单片机与继电器组控制模块(4)与固定片裂纹长度变化系统(3)连接且用于选择需要输出电压信号的检验试样，所述电流输出导线(10-1)和电流输入导线(10-2)均与固定片裂纹长度变化系统(3)中的检验试样连接且把直流翻转电路(2)翻转后的电流信号分别传输至固定片裂纹长度变化系统(3)中的检验试样内，所述单片机与继电器组控制模块(4)的输出端与电压连接线(11)连接且将检验试样的电压信号传输至运放模块(5)。8.按照权利要求7所述的检验装置，其特征在于：所述固定片裂纹长度变化系统(3)包括十个检验试样和五个接线端子，所述五个接线端子均为四位接线端子，所述五个接线端子分别为接线端子1、接线端子2、接线端子3、接线端子4和接线端子5，所述十个检验试样均为304钢检验试样，所述十个检验试样的裂纹扩展长度均已知且根据裂纹长度由短到长依次排列，所述检验试样1的裂纹长度最短且检验试样10的裂纹长度最长，所述电流输出导线(10-1)的另一端与检验试样1的裂纹面一侧点焊连接，所述检验试样1的裂纹面另一侧与检验试样2的裂纹面一侧用导线点焊连接，...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛河，魏其深，倪陈强，张亮，徐鹏超，
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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