专利名称：一种基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法
技术领域：
本发明涉及一种疲劳裂纹扩展速率测量方法，尤其涉及一种基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，属于材料疲劳性能检测技术领域。
背景技术：
疲劳失效是导致工程结构和机械失效的主要原因之一。测定疲劳裂纹扩展速率的目的是获取材料、零件或结构中的缺陷和损伤，在交变载荷作用下扩展规律，以便给定零部件、结构的检修和使用寿命周期，保证零部件或结构的安全性和可靠性。如何准确测量裂纹长度是疲劳裂纹扩展速率测定中的核心问题。电位法是现有疲劳裂纹扩展速率测量方法中较为常用的一种，原理是利用导体截面尺寸变化会引起电流场变化的现象，在被测试样中通过恒电流，测量并记录试样中电位随加载周期变化结果，通过裂纹长度与电位间关系式，转换为裂纹长度随加载周期变化结果，从而获得疲劳裂纹扩展速率。电位法与现有其它裂纹长度测量方法相比，具有无需照明条件、不受环境能见度影响、受空间限制小、便于实现自动测量等有点。但是现有基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法也存在以下问题被测试样为导体，易受各种因素(如试样材料导电性、导线与试样连接位置、氧化物和环境影响等)的干扰而降低测量精度；需要额外在试样与加力系统间采取绝缘措施；含水介质中疲劳裂纹扩展测定时可能造成电化学影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，具有测量精度高、适用对象由导电材料扩展到一般材料，以及受环境因素干扰少的优点。本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题。一种基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，包括以下步骤 步骤1、在待测试样表面依次涂覆一层绝缘涂层和一层导电的测量涂层； 步骤2、在所述测量涂层中通以恒定电流；
步骤3、对待测试样施加疲劳载荷；
步骤4、测量测量涂层上两个固定位置间的电位变化；
步骤5、根据步骤4中得到的电位变化确定待测试样的疲劳裂纹扩展速率。进一步地，所述步骤1还包括在所述测量涂层上涂覆一层保护涂层。相比现有技术，本发明具有以下有益效果
1、测量精度高。本发明通过测量涂层中两个固定测点的电位，取代了现有电位法测量试样中两个固定测点的电位，由于涂层的截面尺寸远小于试样的截面，因此对于相同裂纹长度变化量，本方法测量的电位变化量远大于现有电位法所测得的电位变化量，因此本发明方法具有较高的测量精度；此外试样本身的导电性会影响现有电位法的测量精度，而本方法所用测量涂层的成分可以根据需要自行选择，从而避免试样本身导电性对测量精度的影响。2、适用范围扩展到一般材料。本发明通过测量涂层进行电位测量，无需试样本身具有导电性，因此将适用范围由现有方法的导电材料扩展到一般材料。3、受环境影响小。本发明的测量涂层被保护涂层覆盖，在腐蚀介质环境中，不易受到环境的电化学作用影响；此外由于涂层随裂纹扩展而开裂的断面面积�。灰资芏峡谘趸饔玫挠跋�。4、本发明方法无需在试样与加力系统间采取绝缘措施。
图1为具体实施方式
中待测试样表面涂层结构示意图；其中1为绝缘涂层，2为测量涂层，3为保护涂层；
图2为具体实施方式
中整个测量系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
本发明的基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，包括以下步骤
步骤1、在待测试样表面依次涂覆一层绝缘涂层、一层导电的测量涂层以及一层保护涂层。涂覆完成的涂层结构如图1所示，其中，绝缘涂层1由绝缘漆喷涂于试样表面所需测量的裂纹周边，测量涂层2由导电漆喷涂于绝缘涂层上而成，在测量涂层上喷涂用于防止环境对测量产生影响的保护涂层3。绝缘涂层1最好采用与试样材料附着力强的绝缘漆；测量涂层2最好采用与绝缘涂层附着力强的导电漆，其导电性对测量精度有影响，在现有电位法中一般认为导电性相对较差的材料可以得到更高的裂纹长度分辨率，但是考虑本方法测量的涂层的截面尺寸远小于现有方法中试样的截面尺寸，涂层本身导电性对于测量精度的影响也小得多；保护涂层3优选对环境不敏感的漆，最好选用不易开裂的种类，以最大程度保护测量涂层不受外界环境的影响。步骤2、在所述测量涂层中通以恒定电流。使用导线将测量涂层与电源相连使得测量涂层中通过恒电流，电源可采用交流电源或直流电源，只要保证通过测量涂层的电流恒定即可。步骤3、对待测试样施加疲劳载荷。开始疲劳试验，对试样施加交变载荷，随着裂纹的萌生和扩展，附着于裂纹表面处的涂层也随之开裂，测量涂层中的电流场随着涂层截面形状改变而改变，从而使得测量涂层的电位分布产生变化。步骤4、测量测量涂层上两个固定位置间的电位变化。在测量涂层上选择两个固定位置作为测点，然后用导线将两个测点与电位测量装置(例如万用表)连接，通过电位测量装置测量疲劳试验过程中两个测点间电位的变化并记录测量结果。步骤5、根据步骤4中得到的电位变化确定待测试样的疲劳裂纹扩展速率。
首先根据步骤4测得的电位与时间的关系换算成裂纹长度与时间的关系，此为现有技术，具体内容可参见GB/T6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》中的附录 D 裂纹长度的电位法测量，此处不再赘述；然后将裂纹长度与时间的关系转化为疲劳裂纹扩展速率，例如可参照GB/T6398-2000《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》中所推荐的数据处理方法。本具体实施方式
中，整个测量系统结构如图2所示，其中测量装置通过USB接口或串口与数据处理单元连接，从而可将测量的电位结果直接传输至数据处理单元进行处理， 从而实现测量自动化。本发明的基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法具有精度高、不易受外界因素干扰、适用于不同材料制成的试样、结构及零部件在各种环境中的测量等优点，适合实验室及工程现场中对各类试样、零部件及结构疲劳裂纹扩展速率的测量。
权利要求
1.一种基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、在待测试样表面依次涂覆一层绝缘涂层和一层导电的测量涂层；步骤2、在所述测量涂层中通以恒定电流；步骤3、对待测试样施加疲劳载荷；步骤4、测量测量涂层上两个固定位置间的电位变化；步骤5、根据步骤4中得到的电位变化确定待测试样的疲劳裂纹扩展速率。
2.如权利要求1所述基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，其特征在于，所述步骤1还包括在所述测量涂层上涂覆一层保护涂层。
全文摘要
本发明公开了一种基于电位法的疲劳裂纹扩展速率测量方法，属于材料疲劳性能检测技术领域。本发明方法包括以下步骤步骤1、在待测试样表面依次涂覆一层绝缘涂层和一层导电的测量涂层；步骤2、在所述测量涂层中通以恒定电流；步骤3、对待测试样施加疲劳载荷；步骤4、测量测量涂层上两个固定位置间的电位变化；步骤5、根据步骤4中得到的电位变化确定待测试样的疲劳裂纹扩展速率。进一步地，所述步骤1还包括在所述测量涂层上涂覆一层保护涂层。相比现有技术，本发明具有测量精度高、适用范围广、受环境影响小等优点。
文档编号G01N27/00GK102565140SQ20121003768
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者张俊苗, 梁珩, 汤剑飞, 王月, 聂宏, 薛彩军, 郑光, 韩钰 申请人:南京航空航天大学
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