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一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法技术

技术编号:43932430 阅读:17 留言:0更新日期:2025-01-07 21:26
本发明专利技术属于材料力学性能测试技术领域,公开了一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,先通过有限元方法得到裂纹长度与试样柔度的函数关系,以及裂纹扩展驱动力与裂纹长度之间的函数关系;然后在常温条件下使用恒载法预制裂纹,进行热机械疲劳裂纹扩展试验,得到试验结果;最后通过改进型柔度法计算金属试样每一循环对应的裂纹长度,并结合裂纹扩展驱动力与裂纹长度之间的函数关系,计算得到裂纹扩展速率。本发明专利技术能够有效地模拟高温构件服役过程中承受的变温和交变载荷耦合的工况,得到具体的裂纹扩展速率及裂纹扩展区域的塑性区演变情况,为严苛工况下高温结构的损伤容限设计和安全校核提供重要的试验数据和理论基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料力学性能测试,具体的说,是涉及一种复杂热-机械耦合加载条件下金属材料的裂纹扩展测试方法。


技术介绍

1、在航空航天、电力、能源等工业领域,诸多热端部件服役过程中面临严苛的变温和循环机械载荷共同作用的影响,即热机械疲劳。热机械疲劳的长期加载会导致关键部件的断裂失效,目前已成为影响高温结构完整性的重要原因,引发严重的安全隐患和经济损失。此外,受限于检测手段及生产经济考虑,很多部件在加工制造阶段或者服役初期已经存在微小裂纹。这些裂纹在热机械疲劳载荷的作用下将加速扩展,导致工件提前失效。

2、目前对于金属材料热机械疲劳裂纹扩展行为的研究还比较少,并且由于缺乏统一的试验方法,导致不同操作人员使用相同材料和相同加载工况进行试验,却得到差异显著甚至完全相反的试验结果。因此迫切需要一种统一有效的金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,用于测定复杂热机械加载条件下金属材料的裂纹扩展行为,以提供设备损伤容限设计与安全校核所必需的试验数据。


技术实现思路

1、本专利技术提出了一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,S1中,P为金属试样的应力差,v为金属试样的变形,E为金属材料的弹性模量;S1中,所述表面天然散斑通过慢速线切割得到。

3.根据权利要求1所述的一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,S2中,所述恒载法所使用的预制载荷的允许上限为:金属试样在常温下的屈服强度乘以λ再乘以80%;其中,λ为S6中的应力幅值除以S7中试验所设置最高温度对应的屈服强度得到的比值。

4.根据权利要求1所述的一种金属材料热...

【技术特征摘要】

1.一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,s1中,p为金属试样的应力差,v为金属试样的变形,e为金属材料的弹性模量;s1中,所述表面天然散斑通过慢速线切割得到。

3.根据权利要求1所述的一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,s2中,所述恒载法所使用的预制载荷的允许上限为:金属试样在常温下的屈服强度乘以λ再乘以80%;其中,λ为s6中的应力幅值除以s7中试验所设置最高温度对应的屈服强度得到的比值。

4.根据权利要求1所述的一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,s3中,还包括通过光学方法测量试验前裂纹的长度。

5.根据权利要求1所述的一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,s4中,若采用感应线圈对金属试样进行加热,需保证金属试样中感应线圈的轴向温度梯度低于10℃。

6.根据权利要求1所述的一种金属材料热机械疲劳裂纹扩展测试方法,其特征在于,s5中,设置金属试样两端机械载荷保持为0,同时通过感应加热设备对金属试样施加循环的...

【专利技术属性】
技术研发人员:李兵兵郑一铭陈刚陈旭
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:

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