慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法，包括步骤：一、紧凑拉伸试样预处理；二、采用慢拉升试验机进行慢应变速率拉伸试验，并绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的实验数据关系曲线图；三、对步骤二进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的理论分析数据关系曲线图；四、获取裂纹扩展长度为Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan时，所对应的试验时间t0、t1、t2、…、tn；五、获得裂纹扩展速率。本发明专利技术能将裂纹扩展造成的加载力P和加载点位移ΔL的变化分离出来，能够实时预测Δai的变化，获得裂纹的扩展速率，且能有效减少环境影响带来的测试数据失真，提高数据精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于断裂力学
，尤其是涉及一种。
技术介绍
裂纹萌生、扩展和断裂是影响重要机械结构寿命和安全服役的重要因素之一，涉及到航空、航天、交通运输、化工、机械、材料、能源等多个工程领域。实验测试结构材料裂纹扩展特性是本项研究的重要手段之一；为了提高核电设备的耐腐蚀性，轻水核反应堆的结构材料大量选用奥氏体不锈钢和镍基合金。实践和研究表明，奥氏体不锈钢和镍基合金材料在高温高压水环境中会产生以应力腐蚀开裂(SCC)为代表的环境致裂(EAC)。为了保证核电设备的安全运行，实验测定核电结构材料在高温水环境中环境致裂裂纹扩展速率是该领域的一项重要工作；紧凑拉伸(CT)试样是断裂力学的标准试样之一，也是高温高压水环境环境中测定核电结构材料环境致裂裂纹扩展速率的最常用试样，该实验是将一个CT试样放置在一个具有模拟核压力容器高温高压水环境的高压釜中，并施加一定的载荷，实时动态观测该材料环境致裂裂纹扩展速率，整个实验过程可持续数个月或数年之久，耗时、耗资均较大；为了全面评价材料的性质与行为，除须知道裂纹的起始长度外，精确测定在缓慢或稳定增长的动过程中裂纹长度是十分必要的。通常，在实验室中用显微镜跟踪或照相的光学方法确定裂纹增长，有它的局限性，这就是记录到的裂纹很可能不代表试件内部的实际情形，因为它是在自由表面上观察到的。另一方面，在高温高压水环境中核电结构材料环境致裂实验中，试样置于高压釜中，并不外露，用光学仪器做观察则是不可能的，而且，材料的环境致裂裂纹扩展速率试验要持续较长的时间，直接观察与记录也是不现实的；电位差法，包括交流电位差法(ACPD)和直流电位差法(DCPD)，是目前实时动态观测核电结构材料环境致裂裂纹扩展速率的最主要方法。其基本原理是一定值的电流通过含裂纹试样时，裂纹长度不同会造成电位分布的不同，通过微伏计的测量与换算，可以得到裂纹的扩展状况。但由于该方法是利用裂纹周围电位的微小变化来测定裂纹的扩展情况，影响因素较多，任何干扰都可能造成监测结果的误差；慢应变速率拉伸(SSRT)为评价材料在特定介质中的应力腐蚀敏感性而设计的拉伸速率小于某一临界值的拉伸试验方法。它是以一个恒定不变的或相当缓慢的应变速率对置于腐蚀环境的试样施加应力，目的是为了得到试样的在特定环境下的应力腐蚀敏感性，它可作为高温高压水环境中测定核电结构材料环境致裂裂纹扩展速率的加速试验，把自然环境条件下长时间的裂纹扩展过程在较短时间内的实验环境条件下呈现出来。综合分析显示，高温水环境下核电结构材料环境致裂的慢应变速率拉伸试验中实时动态观测裂纹扩展速率是一项及其重要而艰难的工作，为了有效地提高观测精度，必须对现有的测试方法进行改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种，其方法简单，实现方便，能够获得裂纹的扩展速率d AaiMti,且能够有效地减少环境影响因素带来的测试数据失真，提高获取数据的精度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种，其特征在于该方法包括以下步骤:步骤一、紧凑拉伸试样预处理:根据ASME标准选取一个用于慢应变速率拉伸试验的标准紧凑拉伸试样，并采用线切割和预制疲劳裂纹的方法在标准紧凑拉伸试样上设置用于初期引导裂纹扩展的预裂裂纹，所述预裂裂纹的长度为a ；步骤二、采用慢拉升试验机进行慢应变速率拉伸试验，并绘制出加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线图，其具体过程为:步骤201、在慢拉升试验机上设定慢应变速率拉伸试验的试验参数,包括加载点位移的变化速度S和试验总时间T ；步骤202、慢拉升试验机开始对标准紧凑拉伸试样进行加载，且在加载过程中，慢拉升试验机上的力传感器探头对加载力P进行`实时检测并将所检测到的信号实时传输给与所述慢拉升试验机连接的计算机，所述计算机采用Origin软件，以加载点位移AL为横坐标，加载力P为纵坐标，绘制出加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线图并显示；同时，测量记录裂纹实时的扩展长度A ;其中，AL=St且AL = L，t为试验时间且t ^ T, L为在试验总时间T内加载点位移总变化长度；步骤三、对步骤二中进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并绘制出加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线图:在计算机上采用有限元分析软件对步骤二中进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并分析慢应变速率拉伸试验中裂纹扩展长度递增变化的过程中，加载力P与加载点位移AL的关系，且在裂纹扩展长度分别为Aa(l、Aa1、Aa2、…、Aan时,所述计算机采用Origin软件，以加载点位移AL为横坐标,加载力P为纵坐标，绘制出加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线图并显示在同一幅图中；其中，Aan不大于步骤202中测量记录的裂纹实时的扩展长度A的最大值；步骤四、获取裂纹扩展长度为Λ&(ι、Aa1、Aa2、…、Λ an时，所对应的试验时间tQ、I^t2、…、tn:在计算机上采用Origin软件将步骤202中绘制的加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线图和步骤三中绘制的在裂纹扩展长度为Aa(l、Aa1、Aa2、…、Aan时，加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线图整合到同一幅图中，得到整合后的加载力P与加载点位移AL之间的关系曲线图，且在整合后的加载力P与加载点位移AL之间的关系曲线图中，提取出裂纹扩展长度为Aa(l、Aa1、Aa2、…、Aan时，加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线与η条加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线的交点Qi的坐标数据，得到了裂纹扩展长度为Aa(l、Aa1、Aa2、…、Aan AL时，所对应的加载点位移AL。、AL1.AL2.…、Λ Ln，由[进而计算得到了裂纹扩展长度为Aa。、Aa1.Aa2.…、Λ an时，所对应的试验时间t。、h、t2、…、tn ;其中，i的取值为O、1、2、…、η ；步骤五、获得裂纹扩展速率:在计算机上采用Origin软件，以试验时间为横坐标，裂纹扩展长度Aai为纵坐标，绘制出步骤四中得到的实验时间…、tn和裂纹扩展长度Aa(l、Aa1, Aa2,…、Λ an对应的各个点，并拟合得到裂纹扩展长度Λ 与试验时间\之间的关系曲线，裂纹扩展长度Aai与试验时间\之间的关系曲线上任意一点的切线斜率I^dAaiMti即为当时的裂纹扩展速率，其中，i的取值为0、1、2、…、η。上述的，其特征在于:步骤三中所述有限元分析软件为ABAQUS软件。上述的，其特征在于:步骤三中在计算机上采用有限元分析软件对步骤二中进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并分析慢应变速率拉伸试验中裂纹扩展长度递增变化的过程中，加载力P与加载点位移AL的关系的具体过程为:步骤301、在ABAQUS软件中，建立带有长度为a的预裂裂纹的标准紧凑拉伸试样的三维模型；步骤302、在步骤301中建立的标准紧凑拉伸试样的三维模型中，添加长度为Aa1的裂纹；步骤303、在ABAQUS软件中，建立慢拉升试验机对标准紧凑拉伸试样进行加载时所用的两个加载销的刚体模型；步骤304、赋予标准紧凑拉伸试样的三维模型材料参数，所述材料参数包括材料的类型、材料的杨氏模量 、材料的泊松比、材料的屈服强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、紧凑拉伸试样预处理：根据ASME标准选取一个用于慢应变速率拉伸试验的标准紧凑拉伸试样，并采用线切割和预制疲劳裂纹的方法在标准紧凑拉伸试样上设置用于初期引导裂纹扩展的预裂裂纹，所述预裂裂纹的长度为a；步骤二、采用慢拉升试验机进行慢应变速率拉伸试验，并绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的实验数据关系曲线图，其具体过程为：步骤201、在慢拉升试验机上设定慢应变速率拉伸试验的试验参数，包括加载点位移的变化速度S和试验总时间T；步骤202、慢拉升试验机开始对标准紧凑拉伸试样进行加载，且在加载过程中，慢拉升试验机上的力传感器探头对加载力P进行实时检测并将所检测到的信号实时传输给与所述慢拉升试验机连接的计算机，所述计算机采用Origin软件，以加载点位移ΔL为横坐标，加载力P为纵坐标，绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的实验数据关系曲线图并显示；同时，测量记录裂纹实时的扩展长度A；其中，ΔL=St且ΔL≦L，t为试验时间且t≦T，L为在试验总时间T内加载点位移总变化长度；步骤三、对步骤二中进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的理论分析数据关系曲线图：在计算机上采用有限元分析软件对步骤二中进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并分析慢应变速率拉伸试验中裂纹扩展长度递增变化的过程中，加载力P与加载点位移ΔL的关系，且在裂纹扩展长度分别为Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan时，所述计算机采用Origin软件，以加载点位移ΔL为横坐标，加载力P为纵坐标，绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的理论分析数据关系曲线图并显示在同一幅图中；其中，Δan不大于步骤202中测量记录的裂纹实时的扩展长度A的最大值；步骤四、获取裂纹扩展长度为Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan时，所对应的试验时间t0、t1、t2、…、tn：在计算机上采用Origin软件将步骤202中绘制的加载力P与加载点位移ΔL之间的实验数据关系曲线图和步骤三中绘制的在裂纹扩展长度为Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan时，加载力P与加载点位移ΔL之间的理论分析数据关系曲线图整合到同一幅图中，得到整合后的加载力P与加载点位移ΔL之间的关系曲线图，且在整合后的加载力P与加载点位移ΔL之间的关系曲线图中，提取出裂纹扩展长度为Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan时，加载力P与加载点位移ΔL之间的实验数据关系曲线与n条加载力P与加载点位移ΔL之间的理论分析数据关系曲线的交点Qi的坐标数据，得到了裂纹扩展长度为Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan时，所对应的加载点位移ΔL0、ΔL1、ΔL2、…、ΔLn，由进而计算得到了裂纹扩展长度为Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan时，所对应的试验时间t0、t1、t2、…、tn；其中，i的取值为0、1、2、…、n；步骤五、获得裂纹扩展速率：在计算机上采用Origin软件，以试验时间ti为横坐标，裂纹扩展长度Δai为纵坐标，绘制出步骤四中得到的实验时间t0、t1、t2、…、tn和裂纹扩展长度Δa0、Δa1、Δa2、…、Δan对应的各个点，并拟合得到裂纹扩展长度Δai与试验时间ti之间的关系曲线，裂纹扩展长度Δai与试验时间ti之间的关系曲线上任意一点的切线斜率k=dΔai/dti即为当时的裂纹扩展速率，其中，i的取值为0、1、2、…、n。FDA0000455848780000021.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、紧凑拉伸试样预处理:根据ASME标准选取一个用于慢应变速率拉伸试验的标准紧凑拉伸试样，并采用线切割和预制疲劳裂纹的方法在标准紧凑拉伸试样上设置用于初期引导裂纹扩展的预裂裂纹，所述预裂裂纹的长度为a ； 步骤二、采用慢拉升试验机进行慢应变速率拉伸试验，并绘制出加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线图，其具体过程为: 步骤201、在慢拉升试验机上设定慢应变速率拉伸试验的试验参数,包括加载点位移的变化速度S和试验总时间T ； 步骤202、慢拉升试验机开始对标准紧凑拉伸试样进行加载，且在加载过程中，慢拉升试验机上的力传感器探头对加载力P进行实时检测并将所检测到的信号实时传输给与所述慢拉升试验机连接的计算机，所述计算机采用Origin软件，以加载点位移AL为横坐标，加载力P为纵坐标，绘制出加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线图并显示；同时，测量记录裂纹实时的扩展长度A ;其中，Λ L=St且AL当L，t为试验时间且t ^ T,L为在试验总时间T内加载点位移总变化长度； 步骤三、对步骤二中进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并绘制出加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线图:在计算机上采用有限元分析软件对步骤二中进行的慢应变速率拉伸试验进行模拟，并分析慢应变速率拉伸试验中裂纹扩展长度递增变化的过程中，加载力P与加载点位移AL的关系，且在裂纹扩展长度分别为Aa(l、Aa1,Aa2、…、Aan时,所述计算机采用Origin软件，以加载点位移AL为横坐标,加载力P为纵坐标，绘制出加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线图并显示在同一幅图中；其中，Aan不大于步骤202中 测量记录的裂纹实时的扩展长度A的最大值； 步骤四、获取裂纹扩展长度为Λ&(ι、Aa1, Aa2,…、Λ an时，所对应的试验时间&、t2、…、tn:在计算机上采用Origin软件将步骤202中绘制的加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线图和步骤三中绘制的在裂纹扩展长度为八％、Aa1, Aa2,…、Aan时，加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线图整合到同一幅图中，得到整合后的加载力P与加载点位移AL之间的关系曲线图，且在整合后的加载力P与加载点位移AL之间的关系曲线图中，提取出裂纹扩展长度为Aa(l、Aa1、Aa2、…、Aan时，加载力P与加载点位移AL之间的实验数据关系曲线与η条加载力P与加载点位移AL之间的理论分析数据关系曲线的交点Qi的坐标数据，得到了裂纹扩展长度为Aa(l、Aa1、Aa2、…、Aan时，所对应的加载点位移AU、AL1, AL2,…、ALn，由(=4进而计算得到了裂纹扩展长度为Λ&(ι、Aa1, Aa2,…、Λ an时，所对应的试验时间&、t2、…、tn;其中，i的取值为O、1、2、…、η ； 步骤五、获得裂纹扩展速率:在计算机上采用Origin软件，以试验时间ti为横坐标，裂纹扩展长度Aai为纵坐标，绘制出步骤四中得到的实验时间h、t2、…、tn和裂纹扩展长度Aa1' Δ a2>…、Δ an对应的各个点，并拟合得到裂纹扩展长度Aai与试验时间\之间的关系曲线，裂纹扩展长度Λ a,与试验时间\之间的关系曲线上任意一点的切线斜率Ii=CUaiMti即为当时的裂纹扩展速率，其中，i的取值为0、1、2、…、η。2.按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛河，杜云鹏，龚晓燕，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61