腐蝕介質(zhì)下柔度法測定疲勞裂紋

1、腐蝕介質(zhì)下柔度法測定疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法（高怡斐 邢國光 欒培峰 李穎）A 測定裂紋長度的柔度法A.1 在疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)中，可以用柔度法測定裂紋長度。最理想的方法是使用高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。但是也可以使用低速的自動(dòng)繪圖儀器記錄力和位移信號(hào)。根據(jù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備和循環(huán)加力頻率的條件，在采集數(shù)據(jù)期間有時(shí)必須降低頻率。A.2 由解析法計(jì)算出的幾種標(biāo)準(zhǔn)試樣的柔度和歸一化裂紋的關(guān)系通常用無量綱柔度（EBV）/P和歸一化裂紋長度a/W來表達(dá)。所有柔度-裂紋長度關(guān)系僅適用于它所對(duì)應(yīng)的試樣上的測量位置。除解析法計(jì)算的柔度關(guān)系外，也可以通過試驗(yàn)建立用于疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)中任何類型試樣的柔度曲線。這種曲

2、線不僅僅限于對(duì)位移的測量，也可以是有關(guān)的應(yīng)變量。A.3 本文給出了SE(B)試樣的柔度表達(dá)式（A1）。 (A.1)式中：E彈性模量；V測量點(diǎn)的位移。柔度與歸一化裂紋長度的關(guān)系式為： a/W=C0+C1Ux+C2Ux2+C3Ux3+C4Ux4+C5Ux5 (A.2)式中：C0=0.99975, C1=-3.9504, C2=2.9821, C3=-3.2141, C4=51.516, C5=-113.03. 上述公式適用于平面應(yīng)力狀態(tài)，因?yàn)檫@種應(yīng)力狀態(tài)最適用于遠(yuǎn)離裂紋尖端的測量，不考慮裂紋尖端的局部應(yīng)力狀態(tài)。A.4 對(duì)于位移規(guī)、刀口位置以及刀口的固定方法的選擇隨試驗(yàn)條件，如頻率、環(huán)境、力值比和溫

3、度等而定。在位移測量范圍內(nèi)，位移規(guī)必須是線性的，并具有足夠的分辨率和頻率響應(yīng)。一般較小試樣需要具有較高分辨率的位移規(guī)。刀口必須精確地固定在試樣上，而且，在疲勞加力期間不易受到磨損。A.5 一個(gè)完整的疲勞力循環(huán)的力-位移曲線一般是非線性的。較低部分通常是非線性的，靠上部分是線性的。要通過擬和力-位移曲線較上部的直線段來計(jì)算柔度。用位移規(guī)所測量的柔度值換算成裂紋長度值時(shí)，為排除閉合效應(yīng)和力反向帶來的測定誤差，建議取0.95Pmax和取0.5Pmax兩點(diǎn)間的直線段計(jì)算P-V曲線上的斜率，如圖A1所示。A.6 要確保至少讀出一點(diǎn)目測的裂紋長度，一般是試驗(yàn)的初始值，或是試驗(yàn)的終止值。目測的讀數(shù)必須按實(shí)際

4、的裂紋長度的曲率加以修正。其修正的方法是試驗(yàn)結(jié)束之后檢查斷口，以確定裂紋前緣曲率范圍。若需要進(jìn)行曲率修正，且裂紋前緣線條明顯，則至少在兩個(gè)位置（例如預(yù)制裂紋和極限裂紋）沿厚度方向(1/4)B、(1/2)B、(3/4)B三點(diǎn)處的裂紋長度，其算術(shù)平均值（平均裂紋長度）與試驗(yàn)記錄的相應(yīng)裂紋長度之差即為曲率修正量。實(shí)際裂紋長度和柔度裂紋長度之間的任何偏差應(yīng)該對(duì)所有柔度測定的裂紋長度進(jìn)行修正。大多數(shù)情況常常是通過計(jì)算有效彈性模量E來調(diào)整，即在柔度方程中使用E來計(jì)算所有的裂紋長度。如果有效彈性模量與典型的彈性模量相差大于10%，則認(rèn)為裝置的使用有誤，用這種有誤的方法得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)視為無效。通常EEE/(1

5、-2)，此處是泊松比。 圖A1 P-V曲線的非線性B 腐蝕介質(zhì)下疲勞裂紋擴(kuò)展速率測定的特殊要求B.1 試驗(yàn)裝置：推薦采用如圖B1所示的循環(huán)系統(tǒng)裝置供應(yīng)試驗(yàn)溶液。循環(huán)系統(tǒng)的流量要確保每分鐘至少置換腐蝕槽內(nèi)溶液一次。腐蝕槽應(yīng)能將試樣的裂紋擴(kuò)展部分淹沒入腐蝕液面以下，選擇好入水口和出水口位置，以確保試驗(yàn)溶液能圍繞試樣的裂紋擴(kuò)展部分流動(dòng)。含水介質(zhì)的體積：含水介質(zhì)應(yīng)具有足夠的體積，該體積與試樣被浸表面成正比，推薦大于20mL/cm3。 圖 B1 推薦采用的溶液循環(huán)系統(tǒng)B.2 試驗(yàn)程序：按照室溫大氣環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)方法測量試樣尺寸及預(yù)制疲勞裂紋。安裝試樣前，應(yīng)清洗試樣表面和切口。建議采用酒精或丙酮

6、清洗，但不應(yīng)引起試樣表面的腐蝕和損傷。B.3 配置試驗(yàn)溶液： 鹽水溶液：用蒸餾水或去離子水配置的氯化鈉溶液。氯化鈉重量百分比濃度通常是3.5%。 人造海水：制備10L人造海水的方法為，在89L水中緩慢添加245.34gNaCl和40.94g無水Na2SO4 不斷攪拌，待其溶解，將200mL為1號(hào)備用溶液（將3889.0g的MgCl26H2O、405.6g的CaCL2 和14.8g的SrCl26H2O混合并稀釋到7L）和100mL為2號(hào)備用溶液（將486.2g的KCl、140.7g的NaHCO3 、70.4g的KBr 和19.0g的H3BO3 、2.1g的NaF混合并稀釋到7L）稀釋至10L。用0.1mol/mL的NaOH溶液將pH值調(diào)到8.2僅需要幾毫升NaOH即可。使用前制備溶液并立即調(diào)準(zhǔn)pH值。B.3.3 允許根據(jù)需要配制其它含水介質(zhì)成分。B.4 將試樣安裝好后，通入試驗(yàn)溶液，對(duì)試樣進(jìn)行浸泡，建議預(yù)浸泡的時(shí)間不小于24h。對(duì)于腐蝕作用明顯的試驗(yàn)過程，允許清除試樣側(cè)表面的腐蝕產(chǎn)物，以利于試驗(yàn)溶液進(jìn)入裂紋尖端區(qū)域，并利于目測觀察裂紋長度以及裂紋尖端形態(tài)。B.5 裂紋長度測定：推薦用非目測法和目測法測定裂紋長度。如果采用非目測法，建