含復(fù)雜缺陷材料失效參數(shù)的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含復(fù)雜缺陷材料失效參數(shù)的測定方法，首先制備材料試件，然后對試件表面進(jìn)行拋光處理，將每個試件表面用兩種色差的消反光漆噴涂成散斑狀態(tài)；接著利用力學(xué)試驗機(jī)對每個試件兩端進(jìn)行拉伸加載，直到試件完全斷裂為止；然后使用3D-DIC光學(xué)測量設(shè)備對加載過程進(jìn)行圖像記錄，得到每個試件全程加載的位移場分布；選取任意包圍所有缺陷的閉合積分路徑，利用M積分的定義式得到M積分的值：最后計算試樣失效參數(shù)：Π＝ME/(σ2AD)；材料復(fù)雜缺陷的失效準(zhǔn)則定義為：Π≥ΠC，計算的Π參數(shù)，當(dāng)它達(dá)到臨界值ΠC時，代表著缺陷開始失穩(wěn)擴(kuò)展。
【專利說明】含復(fù)雜缺陷材料失效參數(shù)的測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種描述復(fù)雜缺陷材料的最終失效狀態(tài)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于含復(fù)雜缺陷的材料，一方面，斷裂力學(xué)中的能量釋放率、應(yīng)力強(qiáng)度因子和J積 分準(zhǔn)則等裂紋尖端控制參量的計算，需要明確可測的宏觀裂紋長度、形狀，而對于材料的復(fù) 雜缺陷群，則很難獲得明確的主裂紋形貌。且隨著現(xiàn)代工程材料的發(fā)展，諸如多孔金屬泡沫 材料、納米多孔薄膜材料、鐵電多晶材料等強(qiáng)非均勻材料得到了廣泛的應(yīng)用。這些材料內(nèi)部 往往包含復(fù)雜缺陷，且各缺陷之間的干涉屏蔽效應(yīng)也非常復(fù)雜，使得材料在外荷載作用下 的內(nèi)部缺陷演化方式以及演化結(jié)果難以被準(zhǔn)確的預(yù)測和預(yù)估。另一方面，單個微裂紋的擴(kuò) 展并不足以引起材料的最終失效，內(nèi)部缺陷的成胚、孕育、擴(kuò)展、匯合成宏觀裂紋，直至裂 紋擴(kuò)展使得材料發(fā)生失穩(wěn)破壞，材料才最終失效，為了描述復(fù)雜缺陷材料的最終失效狀態(tài)， 我們需要建立一個描述復(fù)雜缺陷材料最終失效的破壞準(zhǔn)則。材料構(gòu)型力學(xué)框架下，研究表 明若積分路徑為包含所有微缺陷的閉合曲線時，作為材料構(gòu)型力重要概念之一的M積分， 其值取決于材料特性、外加載荷條件、具體缺陷特征（如類型、形狀、密度）等斷裂損傷因 素.顯然，所有與材料斷裂損傷相關(guān)的各種因素都可以通過M積分不同程度地體現(xiàn)。因 此，基于材料構(gòu)型力學(xué)的M積分概念可建立一種有效描述復(fù)雜缺陷的破壞準(zhǔn)則。
[0003] 基于M積分與外載荷、彈性模量、損傷面積存在特定關(guān)系。有如下失效參數(shù)Π :
[0004]

【權(quán)利要求】
1. 一種含復(fù)雜缺陷材料失效參數(shù)的測定方法，其特征在于，包括下述步驟： (1) 制備兩端稍寬的長條狀試件共4個，其厚度為2mm，試件中部打孔，直徑分別2mm、 4mm、5mm、6mm ; (2) 試件表面進(jìn)行拋光處理，然后將每個試件表面用兩種色差的消反光漆噴涂成散斑 狀態(tài)，便于鏡頭識別和計算分析； (3) 利用力學(xué)試驗機(jī)對每個試件兩端進(jìn)行拉伸加載，加載速度為0. Imm/s，直到試件完 全斷裂為止，使用3D-DIC光學(xué)測量設(shè)備W 60張 /min的拍攝速率對加載過程進(jìn)行圖像記 錄，得到每個試件全程加載的位移場分布； (4) 對位移場沿兩個坐標(biāo)軸方向進(jìn)行H次樣條曲線擬合，并由此獲得位移場沿兩個坐 標(biāo)方向的位移梯度分量：筑ix/化，筑ly/Sy,筑ijc/Sy和'5uy/5x; (5) 通過線彈性的本構(gòu)方程，經(jīng)由H個應(yīng)變分量：
得到每個試件應(yīng)力場分布W及應(yīng)變能密度場的分布，選取任意包圍所有缺陷的閉合積 分路徑，利用M積分的定義式得到M積分的值： (6) 再將所有試件取距離孔也3cm處做一條垂直于加載方向的線，該條線上的應(yīng)力近 似認(rèn)為是遠(yuǎn)場外載荷應(yīng)力；取其平均應(yīng)力作為遠(yuǎn)場外載荷應(yīng)力0的值，試樣的損傷面積Ad 用孔洞的面積來近似代替； (7) 計算試樣失效參數(shù)：n = ME/ ( 0 \)，其中M為步驟妨所得，0、Ad為步驟做所 得，E為材料彈性模量； (8) 材料復(fù)雜缺陷的失效準(zhǔn)則定義為；n > n。，利用步驟（7)計算的n參數(shù)，當(dāng)它達(dá) 到臨界值n。時，代表著缺陷開始失穩(wěn)擴(kuò)展。
2. 如權(quán)利要求1所述的含復(fù)雜缺陷材料失效參數(shù)的測定方法，其特征在于，步驟（3)中 所述的位移場是通過均值濾波器進(jìn)行平滑處理的、較為貼近真實場的位移場。
【文檔編號】G01N3/08GK104390860SQ201410712194
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】李群, 郭宇立 申請人:西安交通大學(xué)