疲劳裂纹扩展电位测试方法

疲劳裂纹扩展测试中的电位法由于能和计算机很好地配套使用，并且电位法具有线性性强，灵敏度高，系统可靠及抗干扰性...



疲劳裂纹扩展测试中的电位法由于能和计算机很好地配套使用，并且电位法具有线性性强，灵敏度高，系统可靠及抗干扰性强等优点，所以在计算机测试中得到了广泛地应用。

测试系统目前的硬件部分基于直流电位法，但软件部分和硬件部分相对独立，只要将硬件部分的传感器稍加变化，就可适用于其它电位法。硬件由AppleⅡ微机，A/D卡，数据放大器，恒流源和疲劳试验机组成。为了提高记录疲劳循环次数的精度，另配一台WJS-I型多功能计数器，由于此计数器能连续计数，又具有锁存记忆装置，所以读取的疲劳循环次数可精确到个位数。数据采集硬件系统框图见图3.11。从恒流源输出的高稳定性直流电由试样两端输入，在裂纹嘴两侧探测电位，探测的电位经数据放大器放大1000倍，再进行A/D(模/数)转换，送给AppleⅡ主机，由软件处理。



测试前，首先将试样两端加工平整，焊上与试样等厚较长的薄铜片作引入电流用。在裂纹嘴两侧精确地点焊上细屏蔽浅，并用502胶水固定，以便在疲劳测试过程中测量其两端的电位差，且防止焊点脱落。疲劳试验机配置高强度刚性电木绝缘夹头，避免金属夹头导电引起的分流作用，以使电流均匀流过试样。另外，从疲劳试验机的测频部分引出电信号送给WJS-I型多功能计数器，便能实现连续计数。测试时，所有连线均固定其位置，防止触碰。

软件由BASIC语言编成，它包括数据采集系统和数据处理系统两部分，图3.12是数据采集系统框图，它是和疲劳试验机联机进行工作的，其主要功能是在疲劳过程中采集裂纹长度和其对应的疲劳循环次数，并存盘以备后用。

电位法成功应用的关键问题是要解决裂纹长度和电位之间的标定关系，由于导体中电位的分布满足Laplace方程，所以可以通过解析计算、数位计算或实验标定等方法来确定它们之间的关系。实际应用中，一般利用以上方法求出裂纹长度增量和电位增量之间对应的一些离散值，这里和分别为初始裂纹长度和其对应的电位。任一时刻的裂纹长度由采集的电位通过三次样条

插值函数便可求得。



数据采集系统在测试前由输入的有关参数进行和之间的电位换算，并求出样条插值函数中的待定参数。疲劳试验中，计算机自动采集裂纹嘴两侧电位，采集的电位经数值滤波平滑处理后输出，以去掉随机噪声对数据的影响，捉高数据精度。只要输入某一时刻的疲劳循环次数，便由处理后的电位值通过三次样条插值函数求出实时裂纹长度并在显示器显示。显示器的工作方式是图文混合的高分辩图形显示方式，前160行，每行280个点，供实时显示裂纹长度和疲劳循环次数关系曲线。后32行，供显示文本方式的四行，即可同时显示4个数据点的电位值，裂纹长度值和对应的疲劳循环次数值。若关系曲线在横坐标即将超出屏幕显示范围时，横轴自动压缩1 /2，纵轴不变，即曲线左移1/2，此时横轴坐标为压缩前的2倍，余此类推，这样就不致于横轴坐标超出屏幕显示范围而使程序出错中断运行。疲劳试验测试到预定的裂纹长度值时便停止进行，计算机自动将采集到的原始数据存入软盘以备后用。在整个疲劳过程中，采集系统每隔一定时间采集测试系统的零点，并将已采集的原始数据即时存盘，以防零点漂移给电位带来的影响和停电等意外原因造成的数据损失。

数据处理系统调用数据采集系统对多个试样在同一测试状态下所采集的原始数据一并进行回归分析处理，它采用方差最小的多项式曲线拟合法来拟合裂纹长度和疲劳循环次数之间的关系。只要给出一误差限，则计算机自动给出最佳回归曲线，将最佳回归曲线画在原始数据图上加以比较，并按最佳回归曲线求出裂纹长度和与其对应的疲劳裂纹扩展速率。同时它还可以画出扩展速率和裂纹长度及应力强度因子幅之间的关系曲线，最后用线性回归处理方法给出其扩展速率的Paris表达式，并进行线性假设的显著性检验。

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