【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及力学性能测试，特别是涉及一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法。
技术介绍
1、目前，高钢级管道失效事故中由于环焊缝失效的原因导致的事故相对较多。环焊缝对管道的安全运行产生了重要的影响。尤其环焊缝的断裂韧性对于保障管道的安全运行具有至关重要的作用，因此需要准确获取管道环焊缝的断裂韧性。
2、断裂韧性的传统测试的小尺寸试件具有高约束的特点，这类试件测试得到的断裂韧性通常偏于保守。管道实际运行过程中的裂尖约束水平较低，断裂韧性相对较高，传统试件的测试结果难以准确反映管道的真实断裂韧性。尽管目前有采用全尺寸管道试验以及宽板拉伸试验的研究，但这两种测试方法也是存在一定的缺点，其对于管材测试及焊接工艺评定，试验昂贵且耗时，并且测试数据只能对于特定的焊缝和管材性能提供信息。采用低约束单边缺口拉伸试件是较为合适的测试方法，该试件具有约束与管道相近的特点，所得结果能够较好地应用到实际管道，并且测试经济便捷。因此，采用低约束试件进行断裂韧性测试是十分必要的。
3、材料的j积分阻力值随着裂纹扩展量的变化曲线称为j阻力曲线。大多数韧性材料启裂后，裂纹尖端的奇异性要比启裂前的奇异性弱得多，要使裂纹持续扩展，就需要不断增加载荷，裂纹经过一个稳定的扩展过程，才能最终到达失稳扩展而发生断裂。利用裂纹扩展阻力曲线即能描述这种现象，可以比较完整地显示出材料抵抗裂纹扩展的能力。阻力曲线测试简便可靠，近年来国内外广泛应用这种方法测定金属材料的断裂韧度。
4、目前在金属材料的管道阻力曲线测试方面，关于裂纹扩展量的
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法，解决了现有的阻力曲线测试方法存在着试验成本高、耗时较长的问题。
2、本专利技术提供的一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法，包括以下步骤：
3、制备管道环焊缝断裂韧性测试的待测试试件；
4、对待测试试件以多次恒定的速率进行加载与卸载，通过卸载柔度法对待测试试件的裂纹扩展进行测量，计算每一次加载与卸载后的裂纹深度；
5、对每一次加载与卸载时的应力强度因子和j积分进行计算；
6、根据每一次加载与卸载后的裂纹深度与每一次加载与卸载时的应力强度因子和j积分绘制j积分阻力曲线；
7、对j积分阻力曲线进行数据拟合，得到j积分阻力曲线公式。
8、优选的，所述制备环焊缝断裂韧性的待测试试件，包括：
9、对具有预定尺寸的试件进行缺口加工和疲劳预裂，所述试件的长度方向与管道的轴向相一致；
10、对所述试件的缺口前端的疲劳预裂纹进行扩展，并进行疲劳预裂，在疲劳预裂达到目标值后，在所述试件上加工侧槽，得到待测试试件。
11、优选的，所述试件在三点弯曲的加载形式下进行疲劳预裂；
12、在进行疲劳预裂过程中，初始最大疲劳载荷为pmax＝0.8pm，
13、其中，
14、
15、w为试件的宽度，b为试件的厚度，σys为试件的屈服强度，h为机加工缺口深度，s为跨距，pm为最大疲劳预制载荷。
16、优选的，所述目标值为a0/w，其中，a0为原始裂纹深度。
17、优选的，通过加载装置对待测试试件以多次恒定的速率进行加载与卸载。
18、优选的，通过加载装置对待测试试件以多次恒定的速率进行加载与卸载。
19、优选的，通过卸载柔度法对试件的裂纹扩展进行测量时，在0.1至0.5py范围内对待测试试件进行卸载和重复加载至少五次，其中py是基于屈服应力的极限载荷；
20、在最大载荷之前，至少进行8次卸载/加载循环，如果存在明显的负裂纹扩展，则应进行更多的卸载/加载循环，以便确定初始裂纹尺寸；
21、在开始每次卸载之前，试件应保持恒定位移至少5秒，以使载荷稳定；每次弹性卸载期间的载荷下降应在0.35至0.5py的范围内。
22、优选的，通过下式计算每一次加载与卸载后的裂纹深度：
23、
24、其中，
25、
26、beff＝b-(b-bn)2/b
27、ci＝δcmod/δp
28、式中，ai为第i次卸载加载时对应的裂纹长度，w为试件的宽度，ui为与试样厚度、弹性模量和卸载柔度相关的无量纲参数，e为试件材料弹性模量，beff为有效试样厚度，b为试样厚度，bn为开侧槽处净厚度，ci为第i次卸载时的弹性柔度，δcmod为裂纹嘴张开位移变化量，δp为载荷变化量。
29、优选的，对每一次加载与卸载时的应力强度因子和j积分进行计算，包括：
30、在平面应变裂纹尖端约束条件下的j积分计算公式如下：
31、
32、式中，ji为第i次卸载加载时对应的j积分，ki为第i次卸载加载时的应力强度因子，v为泊松比，jpl为第i次卸载加载时对应的j积分塑性部分；
33、应力强度因子ki的计算公式如下：
34、
35、
36、式中，pi为第i次卸载时对应的最大载荷，g为应力强度因子几何因子。
37、优选的，所述j积分阻力曲线公式如下所示：
38、
39、式中，αj和ηj为拟合参数，δa为裂纹扩展量。
40、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
41、本专利技术采用卸载柔度法对待测试试件在试验过程中进行以多次恒定的速率卸载与加载，然后计算弹性柔度变化，反算试样裂纹深度、应力强度因子和j积分，根据每一次加载与卸载后的裂纹深度与每一次加载与卸载时的应力强度因子和j积分绘制j积分阻力曲线，通过j积分阻力曲线对待测试试件的断裂韧性进行测试。相比多试样法和电压降法，试验成本更低，耗时更短。
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1.一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，所述制备管道环焊缝断裂韧性测试的待测试试件，包括：
3.如权利要求2所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，所述试件在三点弯曲的加载形式下进行疲劳预裂；
4.如权利要求2所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，所述目标值为a0/W，其中，a0为原始裂纹深度。
5.如权利要求1所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，通过加载装置对待测试试件以多次恒定的速率进行加载与卸载。
6.如权利要求1所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，通过卸载柔度法对试件的裂纹扩展进行测量时，在0.1至0.5PY范围内对待测试试件进行卸载和重复加载至少五次，其中PY是基于屈服应力的极限载荷；
7.如权利要求1所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，通过下式计算每
8.如权利要求7所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，对每一次加载与卸载时的应力强度因子和J积分进行计算，包括：
9.如权利要求8所述的一种管道环焊缝断裂韧性J积分阻力曲线测试方法，其特征在于，所述J积分阻力曲线公式如下所示：
...【技术特征摘要】
1.一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法，其特征在于，所述制备管道环焊缝断裂韧性测试的待测试试件，包括：
3.如权利要求2所述的一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法，其特征在于，所述试件在三点弯曲的加载形式下进行疲劳预裂；
4.如权利要求2所述的一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法，其特征在于，所述目标值为a0/w，其中，a0为原始裂纹深度。
5.如权利要求1所述的一种管道环焊缝断裂韧性j积分阻力曲线测试方法，其特征在于，通过加载装置对待测试试件以多次恒定的速率进行加载与卸载。...
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