专利名称：一种不同参数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法
技术领域：
本发明属于涉及材料的疲劳裂纹扩展性能检测技术领域，具体涉及ー种不同參数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法
背景技术：
套管钻井技术作为ー种新的经济的钻井方式，已经改变了传统的作业方式，因此对材料提出了既不同于过去固井用套管的性能要求，也不同于过去钻井用钻杆的性能要求。除了承受静态载荷，要求材料具有较高屈服強度和抗拉强度的同时必须承受动态载荷，要求必须具有足够高的抗疲劳裂纹扩展能力，尤其对于某些地质结构多变的环境，如岩石、粘土层等等。通常为了工程设计，需要测试材料疲劳裂纹扩展性能參数。但众所周知，在相同试验条件下，不同试样的的试验结果分散性很大，影响因素包括不同试样尺寸偏差带来的影响的，试样夹持位置差异造成的影响。通常为了消除各种因素的影响，采用多组试样取其平均值，这不但浪费了试样，浪费了时间，占用了试验机时，而且也不能保证试验结果真实地反映试验參数对疲劳裂纹扩展性能的影响。本发明主要就是解决了这个问题，实现了单个试样、更低成本、准确测试相同材料相同參数下的疲劳裂纹扩展性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了ー种不同參数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法，单个试样、更低成本、准确测试相同材料相同參数下的疲劳裂纹扩展性能，最大的特点是成本低，准确度高。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是ー种不同參数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法，包括有如下步骤
第一，根据标准加工试样，米用紧凑拉伸试样，试样厚度ガ为I 20mm，宽度F为30 100mm,切ロ采用线切割方式加工，预裂长度为I. 5 4. 5mm ;
第二，根据标准试验方法将试样夹持在疲劳试验机上，试验机型号为PLD-100型液压伺服疲劳试验机，裂纹长度由微机辅助电位法监测，电位函数由边界元法计算给出；
第三，根据不同检测试样施加不同试验參数；
第四，处理试验数据，比较试验结果；根据电脑采集到的数据包括裂纹扩展的长度和对应的加载次数，然后计算不同裂纹长度处的裂纹扩展速率，对于降载和升载过程，采用割线法计算裂纹扩展速率；对于恒载实验过程，采用七点递增多项式计算裂纹扩展速率，井根据裂纹长度及载荷等參数计算应力強度因子幅度，计算应力強度因子幅度的公式为
= Kmax — Kmin 式中
Af为应力強度因子幅度MPa m1/2 ；
Kmax和^fniin分别为最大和最小应カ强度因子幅值MPa m1/2 ；应カ强度因子#通过下式计算
权利要求
1.ー种不同參数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法，其特征在于，包括如下步骤 第一，根据标准加工试样，米用紧凑拉伸试样，试样厚度ガ为I 20mm，宽度F为30 100mm,切ロ采用线切割方式加工，预裂长度为I. 5 4. 5mm ; 第二，根据标准试验方法将试样夹持在疲劳试验机上，裂纹长度由微机辅助电位法监測，电位函数由边界元法计算给出； 第三，根据不同检测目的施加不同试验參数，利用韧带尺寸减去预裂长度及失稳断裂预留长度，然后将剰余尺寸根据根据參数变化数量均分； 第四，处理试验数据，比较试验结果；根据电脑采集到的数据包括裂纹扩展的长度和对应的加载次数，然后计算不同裂纹长度处的裂纹扩展速率，对于降载和升载过程，采用割线法计算裂纹扩展速率；对于恒载实验过程，采用七点递增多项式计算裂纹扩展速率，井根据裂纹长度及载荷等參数计算应力強度因子幅度，计算应力強度因子幅度的公式为Al = ^max — ^min式中 Af为应力強度因子幅度MPa m1/2 ； Kmax和^fniin分别为最大和最小应カ强度因子幅值MPa m1/2 ； 应カ强度因子#通过下式计算
2.根据权利要求I所述的ー种不同參数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法，其特征在于，包括如下步骤 第一，根据标准加工试样，采用紧凑拉伸试样，试样厚度ガ=4. 8mm，宽度Zf= 30mm，切ロ采用线切割方式加工，预裂长度为2mm ； 第二，根据标准试验方法将试样夹持在疲劳试验机上，试验机型号为PLD-IOO型液压伺服疲劳试验机，裂纹长度由微机辅助电位法监测，电位函数由边界元法计算给出； 第三，设置试验温度为室温，频率为10Hz，加载波形为正弦波型，载荷为1.4kN，试验应力比/ = PmJPmax,分别为0. U0. 3,0. 5,0. 7，检测顺序依次为应カ比0.I — 0. 3 — 0. 5 — 0. 7，根据韧带长度15mm，预裂纹长度I. 5mm,失稳断裂长度预留5. 5mm,每ー种应カ比下的裂纹扩展长度为2mm ； 第四，处理试验数据，比较试验结果； 根据电脑采集到的数据包括裂纹扩展的长度和对应的加载次数，然后采用七点递增多项式计算不同裂纹长度处的裂纹扩展速率，并根据裂纹长度及载荷等參数计算应力強度因子幅度，计算应力強度因子幅度的公式为
3.根据权利要求I所述的ー种不同參数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法，其特征在于，包括如下步骤 第一，根据标准加工试样，采用紧凑拉伸试样，试样厚度ガ=4. 8mm，宽度Zf= 30mm，切ロ采用线切割方式加工，预裂长度为2mm ； 第二，根据标准试验方法将试样夹持在疲劳试验机上，试验机型号为PLD-100型液压伺服疲劳试验机，裂纹长度由微机辅助电位法监测，电位函数由边界元法计算给出； 第三，设置试验温度为室温，加载波形为正弦波型，载荷为I. 4kN，试验应力比/ 为0. 1，频率为IOHz，2Hz，0. 4Hz，检测顺序依次为频率0. 4Hz — 2Hz — 10Hz，根据韧带长度15mm，预裂纹长度2mm，失稳断裂长度预留7mm，每ー种频率下的裂纹扩展长度为2mm ； 第四，处理试验数据，比较试验结果； 根据电脑采集到的数据包括裂纹扩展的长度和对应的加载次数，然后采用七点递增多项式计算不同裂纹长度处的裂纹扩展速率，并根据裂纹长度及载荷等參数计算应力強度因子幅度，计算应力強度因子幅度的公式为
4.根据权利要求I所述的ー种不同參数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法，其特征在于，包括如下步骤 第一，根据标准加工试样，采用紧凑拉伸试样，试样厚度ガ=4. 8mm，宽度Zf= 30mm，切ロ采用线切割方式加工，预裂长度为2mm ； 第二，根据标准试验方法将试样夹持在疲劳试验机上，试验机型号为PLD-100型液压伺服疲劳试验机，裂纹长度由微机辅助电位法监测，电位函数由边界元法计算给出； 第三，根据不同研究对象施加不同试验參数，试验温度为室温，加载波形为正弦波型，频率为IOHz，试验应カ比/ = /^nがmax，分别为:0. 1,0. 3,0. 5,0. 7，检测顺序依次为应カ比0.1-0.3-0.5-0.7，疲劳裂纹门槛值的确定采用降载法，每ー种应カ比下，载荷都是从1.4kN开始逐级降载，分级降载百分比保持在5%，同时保证每级载荷下裂纹扩展量是上ー级载荷下塑性区尺寸的4-6倍，直到疲劳循环I X IO6次裂纹不发生0. Imm扩展为止，对应的Af即为对应的裂纹扩展门槛值；根据韧带长度15mm，预裂纹长度I. 5mm，失稳断裂长度预留5. 5mm,姆ー种应カ比下的裂纹扩展长度为2_ ； 第四，处理试验数据，比较试验结果； 根据电脑采集到的数据包括裂纹扩展的长度和对应的加载次数，然后采用采用割线法计算不同裂纹长度处的裂纹扩展速率，并根据裂纹长度及载荷等參数计算应力強度因子幅度，计算应力強度因子幅度的公式为
全文摘要
一种不同参数对材料疲劳裂纹扩展性能影响的检测方法，包括如下步骤第一，根据标准加工试样，采用紧凑拉伸试样；第二，根据标准试验方法将试样夹持在疲劳试验机上，裂纹长度由微机辅助电位法监测，电位函数由边界元法计算给出；第三，根据不同检测试样施加不同试验参数；第四，处理试验数据，比较试验结果，具有检测效率高、成本低，检测精确的特点。
文档编号G01N1/28GK102645385SQ201210106340
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者许天旱 申请人:西安石油大学