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第 15 卷 　第 1 期 实 　验 　力 　学 Vol. 15 　No. 1 2000 年 3 月 JOURNAL OF EXPERIMENTAL MECHANICS Mar. 2000 　 ( ) 文章编号 2000 疲劳裂纹扩展柔度法测量系统研究 方钦志 , 张石山 , 赵明嗥 , 王建国 (机械工业部郑州机械研究所 先进制造技术中心 , 河南 郑州 450052) 摘要 : 为了寻求高温高压环境介质下的疲劳裂纹扩展的测量方法 ,本文研制了基 于柔度法的疲劳裂纹扩展系统. 根据显微镜的标定结果 ,验证该计算机自动测量系统 给出了可信的测量结果. 其中 ,位移由涡流位移传感器测得 ,载荷由试验机自带的标准 传感器测得. 计算机实时采集并处理测试信号 ,给出裂纹扩展速率. 文中介绍了该系统 的功能及应用前景. 作为应用实例 ,给出了 42CrV 和 IR3Mo 等钢种的疲劳裂纹扩展速率 及门槛值. 关键词 : 疲劳 ; 裂纹 ; 柔度法 ; 裂纹测量 中图分类号: O346. 1 　　　文献标识码 : A 1 　引言 　　疲劳裂纹的测量一直是疲劳断裂研究工作者所关心的问题之一. 有许多方法可用来监测 ( ) ( ) 裂纹起裂、扩展和失稳, 如光学法 目测和图像 、电测 涡流、电阻电位 、超声、声发射和柔度等 方法[ 1～3] . 其中光学法仍是最常用的方法之一, 近年来电测方法得到了广泛的应用[ 1, 2] . 对于 介质中的疲劳试验, 这些方法都受到了不同程度的限制. 柔度法用于 J 积分中裂纹扩展的测 量已列入了标准. 一般文献中[4 , 5] , 通常介绍的是使用传感器测量裂纹张开位移和作用载荷, 用计录仪记录载荷位移曲线, 测出其降载斜率, 计算裂纹长度, 这对 J 积分试验和频率很低的 疲劳试验可以实现, 精度较低. 当频率稍高时, 必须采用其它方法来解决这一问题, 计算机的应 用为使用柔度法测量疲劳裂纹扩展, 提供了较充足的条件. 为了减轻实验人员的劳动量, 提高测量精度, 减少人为误差, 研制了柔度法疲劳裂纹扩展 测量系统. 为了使该系统可以用于高温高压环境介质下的疲劳裂纹扩展的测量, 必须尽可能避 免在环境介质中测量信号. 因而系统中选用测量加载点位移和作用载荷来计算柔度, 这样有可 收稿日期 :; 修订日期 : ( ) 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( ) 作者简介 : 方钦志 1962 — ,男 ,1986 年毕业于西安交通大学研究生院 ,获硕士学位 ,郑州机械研究所高级工程师. 从 事疲劳断裂及可靠性研究. © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 第 1 期 　　　　　　　　　方钦志等 :疲劳裂纹扩展柔度法测量系统研究 　　　　　　　　　　　　 111 能在环境箱外进行测量, 给出较高精度的测量. 文中首先对空气中的应用作了较详细的介绍. 该系统的主要优点是可以适用于不同的测量环境和试验材料, 缺点是对试验机的要求较高, 一 般要求试验机满足国家标准. 试验机精度越高, 测试数据的精度就越高. 2 　柔度法测量裂纹长度的基本原理 　　任何结构或试件在外载作用下 , 均会产生一定的变形, 变形量除以对应载荷的值定义为柔