鈦合金斷裂過程焦散線測試裝置和方法
2023-06-07 21:28:06 2
專利名稱：鈦合金斷裂過程焦散線測試裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦合金斷裂過程焦散線測試裝置和方法，特別涉及一種鈦合金斷裂韌性的焦散線測試裝置和方法，具體的說是一種利用點光源陣列按一定時間間隔發出的光線和利用高速攝影裝置，根據高速攝影裝置記錄的加載之後鈦合金試樣表面反映的焦散線光學信息，計算動態應力強度因子隨時間的變化曲線以及裂紋長度隨時間變化的曲線， 從而確定裂紋起裂時間、動態斷裂韌性以及裂紋擴展速率的測試方法。屬於一種材料的力學性能測試方法。
背景技術：
在斷裂力學中，按照載荷產生的應力強度因子變化率i數值的大小對靜態及動態載荷進行劃分
權利要求
1.一種鈦合金斷裂過程焦散線測試裝置，其組成包括加載杆(1)、高速攝像機(3)、半透半反鏡(5)、點光源陣列(7)及兩個凸透鏡⑷和(6)，凸透鏡(6)的光軸與凸透鏡的光軸呈90°夾角；半透半反鏡( 所在平面位於凸透鏡(6)所在平面與凸透鏡(4)所在平面夾角的角平分線處；點光源陣列(7)光路方向與凸透鏡(6)的光軸重合，呈45°角穿過半透半反鏡(5)的中心，與待測試樣O)的裂紋尖端處於同一水平高度；高速攝像機(3) 的鏡頭的光軸與凸透鏡的光軸重合，呈45°角穿過半透半反鏡(5)的中心；高速攝像機⑶到凸透鏡⑷所在平面的距離，等於點光源陣列(7)到凸透鏡(6)所在平面的距離； 加載杆(1)的軸心穿過待測試樣O)中預製裂紋所在平面。
2.根據權利要求1所述的鈦合金斷裂過程焦散線測試裝置，其特徵在於所述點光源陣列(7)為NXN點光源陣列，在待測試樣(2)受到動態載荷衝擊之後以設定的時間間隔依次發光，由高速攝像機⑶依次記錄NXN張圖像。
3.一種鈦合金斷裂過程焦散線測試方法，包括如下步驟1)對鈦合金待測試樣⑵預製疲勞裂紋，然後在待測試樣⑵能夠被點光源陣列(7) 照射的表面採用機械精拋光的方式加工獲得鏡面平面，在50X金相顯微鏡下觀察無明顯劃痕；用遊標卡尺測量試樣( 厚度d，確定鈦合金的彈性模量E和泊松比v，計算鈦合金應力光學常數c，計算公式為c = ；2)將待測試樣( 放置於測試裝置中，使加載杆(1)的軸心穿過待測試樣O)中預製裂紋所在平面，並且確保點光源陣列(7)發出的光線都能透過凸透鏡(6)以及半透半反鏡 (5)之後垂直照射在待測試樣( 表面；3)在待測試樣(2)鏡面的背面一定距離的位置設置與待測試樣( 表面平行的參考平面，將高速攝像機C3)聚焦於參考平面，用米尺測量參考平面與待測試樣( 鏡面的背面的距離ζ ；4)用落錘系統、擺錘系統、霍普金森壓杆系統或者氣炮系統驅動加載杆，對待測試樣(2)加載，之後，點光源陣列(7)相隔特定的時間間隔依次發光，光線穿過凸透鏡(6)和半透半反鏡(5)照射到待測試樣(2)表面，待測試樣(2)表面的反射光線形成焦散線及焦散斑圖像，經半透半反鏡( 反射改變光路，透過凸透鏡(4)進入高速攝像機(3)；高速攝像機(3)依次記錄各個時刻的待測試樣表面裂紋擴展位置、焦散線及焦散斑圖像；5)對步驟4)中獲得的各張圖像底片分別測量，確定焦散線特徵尺寸D，計算各個時刻對應的應力強度因子；分別對各張底片測量確定裂紋長度a，並確定裂紋起裂時刻，裂紋起裂時刻的應力強度因子即作為動態斷裂韌性；對裂紋起裂之後各個時刻對應的裂紋長度進行最小二乘擬合，所得直線的斜率為裂紋平均擴展速率。
4.根據權利要求3所述的鈦合金斷裂過程焦散線測試方法，其特徵在於所述待測試樣採用三點彎曲試樣或四點彎曲試樣。
5.根據權利要求3所述的鈦合金斷裂過程焦散線測試方法，其特徵在於所述待測試樣採用剪切試樣。
6.根據權利要求3所述的鈦合金斷裂過程焦散線測試方法，其特徵在於對於I型動態斷裂韌性測試，當I型應力強度因子變化率在
7.根據權利要求3所述的鈦合金斷裂過程焦散線測試方法，其特徵在於對待測試樣加載時，當應力強度因子變化率義的範圍為
8.根據權利要求3所述的鈦合金斷裂過程焦散線測試方法，其特徵在於對待測試樣加載時，當應力強度因子變化率義的範圍為
9.根據權利要求3所述的鈦合金斷裂過程焦散線測試方法，其特徵在於步驟5) 中，對於I型動態斷裂韌性測試，各個時刻t對應的應力強度因子KId(t)計算公式為
全文摘要
本發明涉及一種鈦合金斷裂過程焦散線測試裝置和方法，該裝置中凸透鏡(6)的光軸與凸透鏡(4)的光軸呈90°夾角；半透半反鏡(5)所在平面位於兩個凸透鏡所在平面夾角的角平分線處；點光源陣列(7)光路方向與凸透鏡(6)的光軸重合，45°角穿過半透半反鏡(5)的中心，與待測試樣(2)的裂紋尖端處於同一水平高度；高速攝像機(3)的鏡頭的光軸與凸透鏡(4)的光軸重合，呈45°角穿過半透半反鏡(5)的中心；高速攝像機(3)到凸透鏡(4)所在平面的距離，等於點光源陣列(7)到凸透鏡(6)所在平面的距離；加載杆(1)的軸心穿過待測試樣(2)中預製裂紋所在平面。本發明簡單、易操作，準確性好。
文檔編號G01N3/06GK102564851SQ20101058838
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者于洋, 付豔豔, 劉睿, 葉文君, 惠松驍, 熊柏青, 米緒軍 申請人:北京有色金屬研究總院