【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料疲劳裂纹扩展，具体涉及一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法。
技术介绍
1、gb/t6398-2017《金属材料疲劳实验疲劳裂纹扩展方法》中对于金属材料疲劳裂纹扩展实验的测试方法，介绍了三点弯曲试样疲劳裂纹扩展方法。考虑到为了获得较为完整的数据，对其机械加工尺寸以及疲劳预制裂纹有这严格的规定，对于三点弯曲试样(senb)机械加工裂纹长度范围在0.1w～0.15w之间，并且疲劳预制最小裂纹长度应大于0.1b(试样厚度)，0.1h(试样缺口宽度)和1mm的最大值。而且疲劳裂纹扩展速率实验中，无论是裂纹扩展速率还是应力强度因子范围都与疲劳裂纹长度有直接的关系，因此疲劳裂纹长度的准确测量对获得可靠的实验数据起到关重要的作用。
2、关于测量疲劳裂纹长度也有声发射法，直流电流法，用长焦距显微镜实时观测等，而柔度法是一种常用的测量裂纹长度的方法。由解析法计算出的几种标准试样的柔度和归一化裂纹长度的关系通常用无量纲柔度(e b v)/p和归一化裂纹长度a/w来表达。但是柔度法对于样品尺寸较小的试样存在有效弹性模量测试与弹性模量有较大偏差，裂纹长度测试不准的问题，导致柔度法失效。因此，目前实验进行金属材料三点弯曲小尺寸试样的疲劳裂纹扩展测试时，修正疲劳裂纹扩展过程中的模量对于获得准确的疲劳裂纹长度很有必要。
技术实现思路
1、针对目前小尺寸三点弯曲(senb)试样在测疲劳裂纹长度具有较大误差的缺点，本专利技术提供一种通过校正模量获得精确裂纹长度的方法，将小尺寸
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，由以下步骤组成：
4、步骤1：对三点弯曲试样依次进行加工、抛光和尺寸测量，得到样品厚度b、样品宽度w和跨距s；
5、步骤2：对抛光后的三点弯曲试样预制疲劳裂纹；
6、步骤3：用光学显微镜测量试样的预制疲劳裂纹长度a0，通过a0以及柔度公式，得到有效弹性模量e0；
7、步骤4：开始疲劳裂纹扩展实验，将有效弹性模量e0作为不变量，根据柔度公式得到柔度裂纹长度an；
8、步骤5：测量表面裂纹长度ar,n，同时记录对应的柔度裂纹长度an、柔度(卸载曲线斜率的倒数)v/f、无量纲柔度e0bv/f，裂纹扩展周期n；
9、步骤6：通过多个裂纹长度ar,n和无量纲柔度e0bv/f得到第一修正模量en；
10、步骤7：将e0bv/f～en进行hyferbl函数拟合，得到拟合曲线方程y＝b1*x/(b2+x)，其中x＝e0bv/f，y＝en，通过e0bv/f和第一修正弹性模量en得到参数b1与b2；
11、步骤8：将e0bv/f代入y＝b1*x/(b2+x)中，得到第二修正弹性模量e’n；
12、步骤9：通过第二修正弹性模量e’n得到精确的裂纹长度af,n；
13、其中，n＝1，2，3……n，n为记录序号；
14、所述步骤1中弯曲试样按gb/t6398-2017标准进行加工，抛光方法为机械抛光；
15、所述步骤2中的预制疲劳裂纹方法为：按gb/t6398-2000标准，在疲劳试验机上安装试样及测量张开位移的仪器cod规，通过dadn程序进行控制，采用比制备疲劳裂纹最大力值较高的力产生预制疲劳裂纹，把较高的力分级降到试验最大力值，每级下降率不得大于20％；采取降两级，每级下降10％，每级预制疲劳裂纹不小于0.16mm；每一级采用的力应使预制疲劳裂纹长度扩展量不小于(3/π)(k'max/σf0.2)，其中k'max为上一级扩展到最终，裂纹长度和最大力计算出的最大应力强度因子kmax值；预制疲劳裂纹完成后，dadn程序停止得到柔度v/f；
16、所述步骤3中，裂纹长度a0为a1与a2的平均值；其中，a1、a2分别为预制疲劳裂纹前后两表面裂纹长度。
17、所述步骤3中，柔度公式的表达式为：
18、
19、c0＝0.99975,c1＝-3.9504,c2＝2.92821,c3＝-3.2141,c4＝51.516,c5＝-113.03,
20、
21、其中a—柔度法测得裂纹长度，e—弹性模量；
22、所述的步骤3中，得到e0的方法为：通过a0以及柔度公式，在excel表中已经编辑的柔度公式中输入弹性模量值，直到得到的柔度裂纹长度与a0值得误差在万分之一以内即可认为有效弹性模量e0。
23、所述的步骤5中，表面裂纹长度的测量方法为光学法；
24、所述的步骤6中得到第一修正模量en的方法为：在excel表中已经编辑的柔度公式中输入弹性模量值，直到得到的柔度裂纹长度与实际表面裂纹长度ar,n值的误差在万分之一为止，此时的弹性模量值作为第一修正模量en。
25、所述的步骤9中得到裂纹长度af,n的方法为：将所述第二修正模量e’n代入柔度公式(1)(2)中；
26、所述方法得到的裂纹长度af,n与实测裂纹长度的误差小于1％。
27、本方法采用长焦距显微镜实时观测裂纹长度并用柔度法校正模量：长焦距显微镜实时拍摄加载过程中的疲劳裂纹长度和同时进行拍摄柔度裂纹长度(其中由于人工操作，有1-2s的延时误差，但柔度法计算疲劳裂纹长度在比波动范围内，可以忽略该误差)。
28、本专利技术利用实测裂纹长度ar,n利用柔度公式在excel中计算校正模量en，说明小试样在疲劳裂纹扩展过程中的校正模量会有所变化。
29、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
30、1、本专利技术在疲劳裂纹扩展三点弯曲实验中发现校正模量与实际模量误差较大从而影响裂纹长度的精确性，因为通过实测裂纹长度与记录对应的柔度，从而去得到新的校正模量，然后通过程序测量的已知柔度数据与实测的校正模量做一个hyferbl函数拟合，可以得到疲劳裂纹扩展过程中程序记录的修正模量e’n以及e’nvb/f。
31、2、本专利技术通过函数拟合得到修正的校正模量，计算出e’nvb/f，根据柔度公式计算出修正的裂纹长度，对比发现修正的裂纹长度基本与实测裂纹长度重合，说明修正模量对于裂纹长度的修正是可靠的，也能得到疲劳裂纹扩展中所有的修正裂纹数据。
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1.一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
2.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤1中弯曲试样按GB/T6398-2017标准进行加工，抛光方法为机械抛光。
3.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤2中的预制疲劳裂纹制备方法为：按GB/T6398-2000标准，在疲劳试验机上安装试样及测量张开位移的仪器COD规，DADN程序进行控制，采用比制备疲劳裂纹最大力值较高的力产生预制疲劳裂纹，把较高的力分级降到试验最大力值，每级下降率不得大于20％，得到不同的预制裂纹；预制疲劳裂纹完成后，DADN程序停止，得到柔度V/F；其中，分级下降为降两级，每级下降10％，
4.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤3中，裂纹长度a0为a1与a2的平均值；其中，a1、a2分别为预制疲劳裂纹前后两表面裂纹长度。
5.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，
6.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述的步骤3中，得到E0的方法为：通过a0以及柔度公式，利用Excel计算有效弹性模量E0，在Excel表中已经编辑的柔度公式中输入弹性模量值，直到得到的柔度裂纹长度与a0值得误差在万分之一以内即可认为有效弹性模量E0。
7.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤5中，表面裂纹长度的测量方法为光学法。
8.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤6中，得到第一修正模量En的方法为：在Excel表中已经编辑的柔度公式中输入弹性模量值，直到得到的柔度裂纹长度与实际表面裂纹长度ar,n值的误差在万分之一为止，此时的弹性模量值作为第一修正模量En。
9.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤9中，得到裂纹长度af,n的方法为：将所述第二修正模量E’n代入柔度公式(1)(2)中计算得到。
10.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述裂纹长度af,n与实测裂纹长度的误差小于1％。
...【技术特征摘要】
1.一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
2.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤1中弯曲试样按gb/t6398-2017标准进行加工，抛光方法为机械抛光。
3.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤2中的预制疲劳裂纹制备方法为：按gb/t6398-2000标准，在疲劳试验机上安装试样及测量张开位移的仪器cod规，dadn程序进行控制，采用比制备疲劳裂纹最大力值较高的力产生预制疲劳裂纹，把较高的力分级降到试验最大力值，每级下降率不得大于20％，得到不同的预制裂纹；预制疲劳裂纹完成后，dadn程序停止，得到柔度v/f；其中，分级下降为降两级，每级下降10％，
4.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述步骤3中，裂纹长度a0为a1与a2的平均值；其中，a1、a2分别为预制疲劳裂纹前后两表面裂纹长度。
5.根据权利要求1所述的一种基于修正模量获得精确疲劳裂纹长度的方法，其特征在于，所述的步骤3中，柔度公式的表达式为：
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫得伦，李丹，孟智超，路程乾，侯文韬，李述军，郝玉琳，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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