裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置与流程

文档序号:17917564发布日期:2019-06-14 23:53
裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置与流程

本发明属于工程零部件安全分析技术领域,尤其是涉及一种裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置。



背景技术:

航空、核电、动力和冶金等工业中的许多工程零部件,如轴、曲轴、连杆、齿轮、压力容器、汽轮机叶片等在其服役期间由于环境温度和压力等恶劣环境的不断变化,导致这些零部件不仅承受着循环载荷所产生的机械应力,还承受着温度、压力等周期性的变化引起的循环应力。尤其是在零部件的应力集中部位,在长期服役的过程中会产生微裂纹,而微裂纹的产生将导致零部件的材料性能发生一系列变化,如强度、刚度发生折减。微裂纹逐渐积累形成宏观裂纹并发生扩展,最终造成材料失效和破坏,金属零部件断裂后不仅完全丧失了服役能力,还可能会造成重大的经济损失和灾难性的事故。20世纪70年代瑞典对当时的85条大型船舶结构的破损情况进行了调查,其结果表明因疲劳裂纹产生的破坏比例达到了70.45%;英国劳氏船级社对1980-1996年间的186艘散货船海损事故进行了调查研究,其结果表明发生海损事故的一个重要的原因就是船舶的疲劳强度不足使得船舶破损沉入海里;还有研究显示80年代来,由于疲劳断裂引起的飞机坠毁重大事故,平均每年100次。为了确保设备及零部件在使用时存在或正在扩展的裂纹不会发生无法挽回的灾难性事故,必须可靠的确定零部件在疲劳条件下的亚临界裂纹扩展情况,它是决定零部件疲劳寿命的特性指标之一。裂纹扩展测量系统普遍采用的是基于DCPD法的裂纹扩展测量系统,DCPD法为直流电位降测量法是基于试样的导电性来测量裂纹长度,试样在裂纹扩展时其电位场发生变化,试样裂纹两端的电压降随着裂纹长度的增长逐渐增大,可通过测量试样裂纹两端的电位差来获得测量试样的裂纹扩展数值。目前,国内的基于DCPD法的裂纹扩展测量系统均是由几台仪表搭建而成,并无高度集成化的装置且影响因素较多,导致测量精度较差,体积较大、携带不方便,而且对基于DCPD法的裂纹扩展测量系统的准确度的检验装置也是临时搭建,并没有一套完整且能够重复使用的检验装置。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足,提供一种裂纹扩展测量系统,其具有结构简单、装置集成化、测量精度高、可方便携带、价格适中的优点。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种裂纹扩展测量系统,其特征在于:包括用于输出恒定直流电流的恒流源、用于将恒流源输出的恒定直流电流方向翻转的直流翻转电路、用于将接收电压信号放大的运放模块、用于将接收的电压模拟信号转化为数字信号并对数字信号进行分析计算的单片机控制器、用于显示测量值的上位机、用于隔断恒流源与单片机控制器之间电气连接的隔离电路、用于连接输出恒定直流电流的电流连接线和用于连接输入待测量电压信号的电压连接线,所述恒流源与外接的24V电池连接且恒流源的电流信号端与直流翻转电路的输入端连接,所述直流翻转电路的输出端与电流连接线连接且将恒定直流电流信号传输至与电流连接线连接的测量试样,所述电压连接线与运放模块输入端连接且电压连接线通过与测量试样连接将电压信号传输至运放模块,所述运放模块的输出端与单片机控制器的输入端连接且将采集的电压信号放大后传输至单片机控制器,所述运放模块与外接的12V电池连接,所述单片机控制器的输出端与上位机输入端连接且将分析计算后的测量数值显示在上位机上,所述恒流源的数据发送端与单片机控制器的数据接收端连接且将恒流源数据信号传输至单片机控制器,所述恒流源的数据接收端与单片机控制器的数据发送端连接来接收单片机控制器的命令,所述恒流源的电源端与隔离电路连接,所述隔离电路与单片机控制器的电源端连接且用于防止恒流源信号对单片机控制器接收信号的造成干扰,所述单片机控制器与直流翻转电路连接且将翻转指令传输至直流翻转电路来控制电流方向的翻转。

上述的一种裂纹扩展测量系统,其特征在于:所述隔离电路包括两个型号均为PC817的光耦1和光耦2,所述光耦1的1号引脚与接入电路的VCC端连接、2号引脚与单片机控制器的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器的VCC端连接、4号引脚与恒流源的VCC端连接,所述光耦2的1号引脚与VCC端连接、2号引脚与单片机控制器的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器的GND端连接、4号引脚与恒流源的GND端连接。

上述的一种裂纹扩展测量系统,其特征在于:所述电流连接线由电流输出导线和电流输入导线组成,所述电压连接线有两根导线组成,所述直流翻转电路包括固态继电器SSR1、固态继电器SSR2、固态继电器SSR3、固态继电器SSR4和型号为ULN2003A的晶体管阵列,所述晶体管阵列的9号引脚接入外接的5V电池、1号引脚和2号引脚均与单片机控制器的指令输出端连接,所述晶体管阵列的15号引脚与固态继电器SSR2的4号引脚和固态继电器SSR4的4号引脚均连接、16号引脚与固态继电器SSR1的4号引脚和固态继电器SSR3的4号引脚均连接,所述固态继电器SSR1的3号引脚、固态继电器SSR2的3号引脚、固态继电器SSR3的3号引脚和固态继电器SSR4的3号引脚均接入外接的5V电池,所述固态继电器SSR1的2号引脚和固态继电器SSR2的2号引脚均与恒流源的电流正极输出端连接,所述固态继电器SSR3的1号引脚和固态继电器SSR4的1号引脚均与恒流源的电流负极输入端连接,所述固态继电器SSR1的1号引脚和固态继电器SSR4的2号引脚均与电流输出导线连接,所述固态继电器SSR2的1号引脚和固态继电器SSR3的2号引脚均与电流输入导线连接。

上述的裂纹扩展测量系统,其特征在于:所述电流输出导线与测量试样的焊接点到测量试样裂纹的距离、电流输入导线与测量试样的焊接点到测量试样裂纹的距离均大于电压连接线的导线与测量试样的焊接点到测量试样裂纹的距离。

上述的裂纹扩展测量系统,其特征在于:所述恒流源为型号是ZXY-6005S的程控电源。

本发明还提供了一种利用上述系统进行裂纹扩展测量的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、开启裂纹扩展测量系统的电源开关,将电流输出导线和电流输入导线分别点焊接到测量试样的裂纹面两侧,将电压连接线分别点焊接到测量试样的裂纹两侧;

步骤二、在上位机中设置恒流源的输出恒定直流电流值和输出电压值,上位机将设定恒定直流电流值命令通过单片机控制器的数据发送端传输至恒流源的数据接收端,恒流源输出上位机设定的恒定直流电流,恒定直流电流传输至直流翻转电路,直流翻转电路在单片机控制器的控制下不停翻转电流方向,不停翻转的恒定直流电流通过电流输出导线至测量试样内,并从测量试样输出后经过电流输入导线流至直流翻转电路;

步骤三、运放模块接收到电压连接线传输的测量电压信号并将采集的电压信号放大,且运放模块将放大的电压信号传输至单片机控制器内,单片机控制器将接收的电压模拟信号转化为数字信号并进行分析计算,单片机控制器并将分析计算后的数据上传至上位机,操作者可在上位机中查看测量试样的裂纹扩展长度数据,

单片机控制器的分析计算公式为:

a=15.153*u2+83.408u+3.2361

其中,a为测量试样的裂纹扩展长度且单位为mm,u为测量试样的电压信号数据且单位为μV;

测量试样的裂纹扩展数据测量完毕。

本发明又提供了一种成本低、能够重复使用且对上述测量系统的裂纹扩展测量准确度进行检验的检验装置,其特征在于:包括固定有多个检验试样的固定片裂纹长度变化系统和用于控制检验试样测量次序的单片机与继电器组控制模块,所述单片机与继电器组控制模块与固定片裂纹长度变化系统连接且用于选择需要输出电压信号的检验试样,所述电流输出导线和电流输入导线均与固定片裂纹长度变化系统中的检验试样连接且把直流翻转电路翻转后的电流信号分别传输至固定片裂纹长度变化系统中的检验试样内,所述单片机与继电器组控制模块的输出端与电压连接线连接且将检验试样电压信号传输至运放模块。

上述的检验装置,其特征在于:所述固定片裂纹长度变化系统包括十个检验试样和五个接线端子,所述五个接线端子均为四位接线端子,所述五个接线端子分别为接线端子1、接线端子2、接线端子3、接线端子4和接线端子5,所述十个检验试样均为304钢检验试样,所述十个检验试样的裂纹扩展长度均已知且根据裂纹长度由短到长依次排列,所述检验试样1的裂纹长度最短且检验试样10的裂纹长度最长,所述电流输出导线的另一端与检验试样1的裂纹面一侧点焊连接,所述检验试样1的裂纹面另一侧与检验试样2的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样2的裂纹面另一侧与检验试样3的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样3的裂纹面另一侧与检验试样4的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样4的裂纹面另一侧与检验试样5的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样5的裂纹面另一侧与检验试样6的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样6的裂纹面另一侧与检验试样7的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样7的裂纹面另一侧与检验试样8的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样8的裂纹面另一侧与检验试样9的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样9的裂纹面另一侧与检验试样10的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样10的裂纹面另一侧与电流输入导线连接;

所述检验试样1的裂纹一侧与接线端子1的前端1号接口连接,所述检验试样1的裂纹另一侧与接线端子1的前端2号接口连接,所述检验试样2的裂纹一侧与接线端子2的前端1号接口连接,所述检验试样2的裂纹另一侧与接线端子2的前端2号接口连接,所述检验试样3的裂纹一侧与接线端子3的前端1号接口连接,所述检验试样3的裂纹另一侧与接线端子3的前端2号接口连接,所述检验试样4的裂纹一侧与接线端子4的前端1号接口连接,所述检验试样4的裂纹另一侧与接线端子4的前端2号接口连接,所述检验试样5的裂纹一侧与接线端子5的前端1号接口连接,所述检验试样5的裂纹另一侧与接线端子5的前端2号接口连接,所述检验试样6的裂纹一侧与接线端子5的后端4号接口连接,所述检验试样6的裂纹另一侧与接线端子5的后端3号接口连接,所述检验试样7的裂纹一侧与接线端子4的后端4号接口连接,所述检验试样7的裂纹另一侧与接线端子4的后端3号接口连接,所述检验试样8的裂纹一侧与接线端子3的后端4号接口连接,所述检验试样8的裂纹另一侧与接线端子3的后端3号接口连接,所述检验试样9的裂纹一侧与接线端子2的后端4号接口连接,所述检验试样9的裂纹另一侧与接线端子2的后端3号接口连接,所述检验试样10的裂纹一侧与接线端子1的后端4号接口连接,所述检验试样10的裂纹另一侧与接线端子1的后端3号接口连接。

上述的检验装置,其特征在于:所述单电机与继电器组控制模块由8路继电器组A、8路继电器组B、8路继电器组C和一个型号为STM32F103C8T6的单片机芯片组成,所述8路继电器A的IN1号引脚至IN8号引脚依次分别与单片机芯片的A6号引脚、A12号引脚、A11号引脚、A8号引脚、B15号引脚、B14号引脚、B13号引脚和B12号引脚连接,所述8路继电器B的IN1号引脚至IN8号引脚依次分别与单片机芯片的A5号引脚、A4号引脚、B5号引脚、B6号引脚、B7号引脚、B8号引脚、B11号引脚和B9号引脚连接,所述8路继电器C的IN1号引脚至IN4号引脚依次分别与单片机芯片的B10号引脚、B1号引脚、B0号引脚和A7号引脚连接,所述8路继电器组A的VCC端、8路继电器组B的VCC端、8路继电器组C的VCC端均与单片机芯片的5v引脚连接,所述8路继电器组A的GND端、8路继电器组B的GND端、8路继电器组C的GND端均与单片机芯片的GND端连接,所述单片机芯片与运放模块的输入端连接;

所述接线端子1的前端3号接口与8路继电器组C的10B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组C的10A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的1A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的1B的1号引脚连接;所述接线端子2的前端3号接口与8路继电器组C的9B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组C的9A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的2A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的2B的1号引脚连接;所述接线端子3的前端3号接口与8路继电器组B的8B继电器的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的8A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的3A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的3B的1号引脚连接;所述接线端子4的前端3号接口与8路继电器组B的7B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的7A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的4A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的4B的1号引脚连接;所述接线端子5的前端3号接口与8路继电器组B的6B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的6A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组B的5A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组B的5B的1号引脚连接;所述8路继电器组A的1A的2号引脚、8路继电器组A的2A的2号引脚、8路继电器组A的3A的2号引脚、8路继电器组A的4A的2号引脚、8路继电器组B的5A的2号引脚、8路继电器组B的6A的2号引脚、8路继电器组B的7A的2号引脚、8路继电器组B的8A的2号引脚、8路继电器组C的9A的2号引脚和8路继电器组C的10A的2号引脚连接在一起,所述8路继电器组A的1B的2号引脚、8路继电器组A的2B的2号引脚、8路继电器组A的3B的2号引脚、8路继电器组A的4B的2号引脚、8路继电器组B的5B的2号引脚、8路继电器组B的6B的2号引脚、8路继电器组B的7B的2号引脚、8路继电器组B的8B的2号引脚、8路继电器组C的9B的2号引脚和8路继电器组C的10B的2号引脚连接在一起。

另外,本发明还提供一种利用上述检验装置进行检验测量系统对裂纹扩展测量准确度的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、将裂纹扩展测量系统和裂纹扩展测量系统的检验装置的电源开关均开启;

步骤二、在上位机中设置恒流源的输出恒定直流电流值和输出电压值,上位机将设定恒定直流电流值命令通过单片机控制器的数据发送端传输至恒流源的数据接收端,恒流源输出上位机设定的恒定直流电流,恒定直流电流传输至直流翻转电路,直流翻转电路在单片机控制器的控制下不停翻转电流方向,不停翻转的恒定直流电流通过电流输出导线传输至固定片裂纹长度变化系统的十个检验试样内,并经过电流输入导线流回直流翻转电路中,十个检验试样为已知裂纹长度的检验试样且十个检验试样的裂纹长度均不相等;

步骤三、单片机与继电器组控制模块的单片机芯片根据接通检验试样1回路的指令控制对应的8路继电器组将将检验试样1的电压信号回路接通并将电压信号传输至运放模块,单片机芯片将采集检验试样1的电压信号传输至运放模块,运放模块将接收的电压信号放大后将电压信号传输单片机控制器内,单片机控制器将接收的模拟电压信号转化为数字信号并进行分析计算,单片机控制器将分析计算后的数据上传至上位机,操作者可在上位机中查看检验试样1的裂纹扩展长度数据,

单片机控制器的分析计算公式为:

a=15.153*u2+83.408u+3.2361

其中,a为检验试样的裂纹扩展长度且单位为mm,u为测量的检验试样的电压信号数据且单位为μV;

步骤四、重复步骤三分别完成检验试样2到检验试样10的数据采集;

步骤五、将采集的检验试样1到检验试样10的数据分别与对应检验试样的已知的裂纹数据进行比对,通过比对十个检验试样的测试数据与已知裂纹数据之间的关系来检验裂纹扩展测量系统的测量准确度。

本发明与现有技术相比具有以下优点:

1、本发明的裂纹扩展测量系统采用恒定直流电流作为测量试样的输入电流,避免了交流电经过整流滤波后残存的交流电压和电流趋肤效应对真实信号的影响,提高了测量系统的测量精度。

2、本发明的裂纹扩展测量系统采用一个晶体管阵列和四个固态继电器组成的直流翻转电路将输入电流的方向不停翻转,消除了电流输入导线与测量试样之间的接触电阻产生的热电势对输出电压信号的干扰,并消除了输出的电压信号放大后的偏置电压对真实数据的影响,提高了测量系统的测量精度。

3、本发明的裂纹扩展测量系统采用了内部模块化、系统整体集成化的设计方法,具有测量精度高、操作简单、携带方便、自动控制的优点,而且适用于高温高压的测量环境,比如核电一回路管道、核电反应堆高压釜、化工反应釜等要进行监测但监测存在困难的地方均可使用,解决了高温高压环境中的金属管道裂纹难以测量的问题。

4、本发明的裂纹扩展测量系统中增加了隔离电路的设计,成功隔断了恒流源与单片机控制器之间的电气连接,有效的避免了恒流源对单片机控制器的采集信号的干扰。

5、本发明的裂纹扩展测量系统的检验装置中的固定片裂纹长度变化系统中设置了十个不同裂纹长度的检验试样,并且十个检验试样按照裂纹长度从小到大的顺序放置,因此,十个检验试样可以模拟测量试样的裂纹扩展过程,可替代使用疲劳拉伸机进行拉伸来测量裂纹扩展情况,降低了购买疲劳拉伸机的成本,排除了疲劳拉伸机操作与运行中可能产生的危险,为暂时无力购买疲劳拉伸机的研究者提供了实验的可能性。

6、本发明的裂纹扩展测量系统的检验装置中的固定片裂纹长度变化系统中的十个检验试样的裂纹长度的数值范围涵盖了测量试样的裂纹扩展的整个范围,因此,能够完整全面的检验裂纹测量系统的准确度,而且固定片裂纹长度变化系统不需要通过外部供电,只需要从裂纹监测系统中引出电源线即可,不仅具有结构简单、成本较低的优点,而且还能够重复使用。

7、本发明打破了国内没有集成的基于DCPD法的裂纹扩展测量系统、没有可重复使用的裂纹扩展测量系统的检验装置的现状,而且本发明的裂纹扩展测量系统内部自带电源,具有电压低、功耗低、噪音小、功耗小的优点。

下面通过附图和实施例,对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明304钢试样的通电示意图。

图2为本发明裂纹扩展测量系统的电路原理框图。

图3为本发明裂纹扩展测量系统的电路图。

图4为本发明裂纹扩展测量系统与测量试样之间的连接图。

图5为本发明固定片裂纹长度变化系统的检验试样裂纹扩展长度测量的实验数据图。

图6为本发明裂纹扩展测量系统的检验装置的电路原理框图。

图7为本发明裂纹扩展测量系统和测量系统的检验装置的连接框图。

图8为本发明固定片裂纹长度变化系统的电路图。

图9为本发明单片机和继电器组控制模块的电路图。

图10为继电器组与固定片裂纹变化系统连接的电路图。

图11为本发明裂纹扩展测量系统和测量系统的检验装置的连接电路示意图。

附图标记说明:

1—恒流源; 2—直流翻转电路;

3—固定片裂纹长度变化系统; 4—单片机与继电器组控制模块;

5—运放模块; 6—单片机控制器; 7—上位机;

8—隔离电路; 9—测量试样; 10—电流连接线;

10-1—电流输出导线; 10-2—电流输入导线; 11—电压连接线;

12—24V电池; 13—12V电池; 14—5V电池;

15—VCC。

具体实施方式

如图1所示,本发明裂纹测量系统是在基于DCPD(直流电位降)法的基础上进行测量的,DCPD法是基于金属构件的导电性来测量裂纹长度的,在含裂纹试样上,电位场是试样几何形状和裂纹长度的函数,裂纹扩展时试样电位场发生变化,通过测量这种变化可获得裂纹扩展情况,当304试样上通过恒定的电流(I)时,由于裂纹的存在使得电流通过的横截面减小,从而导致材料本身电阻的增大,即测量电位(V)随试样裂纹长度增加而升高。

如图2和图3所示,一种裂纹扩展测量系统,包括用于输出恒定直流电流的恒流源1、用于将恒流源1输出的恒定直流电流方向翻转的直流翻转电路2、用于将接收电压信号放大的运放模块5、用于将接收的电压模拟信号转化为数字信号并对数字信号进行分析计算的单片机控制器6、用于显示测量值的上位机7、用于隔断恒流源1与单片机控制器6之间电气连接的隔离电路8、用于连接输出恒定直流电流的电流连接线10和用于连接输入待测量电压信号的电压连接线11,所述恒流源1与外接的24V电池12连接且恒流源1的电流信号端与直流翻转电路2的输入端连接,所述直流翻转电路2的输出端与电流连接线10连接且将恒定直流电流信号传输至与电流连接线10连接的测量试样9,所述电压连接线11与运放模块5输入端连接且电压连接线11通过与测量试样9连接将电压信号传输至运放模块5,所述运放模块5的输出端与单片机控制器6的输入端连接且将采集的电压信号放大后传输至单片机控制器6,所述运放模块5与外接的12V电池13连接,所述单片机控制器6的输出端与上位机7输入端连接且将分析计算后的测量数值显示在上位机7上,所述恒流源1的数据发送端与单片机控制器6的数据接收端连接且将恒流源1数据信号传输至单片机控制器6,所述恒流源1的数据接收端与单片机控制器6的数据发送端连接来接收单片机控制器6的命令,所述恒流源1的电源端与隔离电路8连接,所述隔离电路8与单片机控制器6的电源端连接且用于防止恒流源1信号对单片机控制器6接收信号造成干扰,所述单片机控制器6与直流翻转电路2连接且将翻转指令传输至直流翻转电路2来控制电流方向的翻转。

如图3所示,所述隔离电路8包括两个型号均为PC817的光耦1和光耦2,所述光耦1的1号引脚与接入电路的VCC(接入电路的电压)15端连接、2号引脚与单片机控制器6的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器6的VCC端连接、4号引脚与恒流源1的VCC端连接,所述光耦2的1号引脚与VCC(接入电路的电压)15端连接、2号引脚与单片机控制器6的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器6的GND(地线)端连接、4号引脚与恒流源1的GND(地线)端连接。

如图3所示,所述电流连接线10由电流输出导线10-1和电流输入导线10-2组成,所述电压连接线11有两根导线组成,所述直流翻转电路2包括固态继电器SSR1、固态继电器SSR2、固态继电器SSR3、固态继电器SSR4和型号为ULN2003A的晶体管阵列,所述晶体管阵列的9号引脚接入外接的5V电池14、1号引脚和2号引脚均与单片机控制器6的指令输出端连接,所述晶体管阵列的15号引脚与固态继电器SSR2的4号引脚和固态继电器SSR4的4号引脚均连接、16号引脚与固态继电器SSR1的4号引脚和固态继电器SSR3的4号引脚均连接,所述固态继电器SSR1的3号引脚、固态继电器SSR2的3号引脚、固态继电器SSR3的3号引脚和固态继电器SSR4的3号引脚均接入外接的5V电池14,所述固态继电器SSR1的2号引脚和固态继电器SSR2的2号引脚均与恒流源1的电流正极输出端连接,所述固态继电器SSR3的1号引脚和固态继电器SSR4的1号引脚均与恒流源1的电流负极输入端连接,所述固态继电器SSR1的1号引脚和固态继电器SSR4的2号引脚均与电流输出导线10-1连接,所述固态继电器SSR2的1号引脚和固态继电器SSR3的2号引脚均与电流输入导线10-2连接。

如图4所示,所述电流输出导线10-1与测量试样9的焊接点到测量试样9裂纹的距离、电流输入导线10-2与测量试样9的焊接点到测量试样9裂纹的距离均大于电压连接线11的导线与测量试样9的焊接点到测量试样9裂纹的距离。

本实施例中,所述恒流源1为型号是ZXY-6005S的程控电源。

结合图4,裂纹扩展的测量方法包括以下步骤:

步骤一、开启裂纹扩展测量系统的电源开关,将电流输出导线10-1和电流输入导线10-2分别点焊接到测量试样9的裂纹面两侧,将电压连接线11分别点焊接到测量试样9的裂纹两侧;

步骤二、在上位机7中设置恒流源1的输出恒定直流电流值和输出电压值,上位机7将设定恒定直流电流值命令通过单片机控制器6的数据发送端传输至恒流源1的数据接收端,恒流源1输出上位机7设定的恒定直流电流,恒定直流电流传输至直流翻转电路2,直流翻转电路2在单片机控制器6的控制下不停翻转电流方向,不停翻转的恒定直流电流通过电流输出导线10-1传输至测量试样9内,并从测量试样输出后经过电流输入导线10-2流至直流翻转电路2;

步骤三、运放模块5接收到电压连接线11传输的测量电压信号并将采集的电压信号放大,且运放模块5将放大的电压信号传输至单片机控制器6内,单片机控制器6将接收的电压模拟信号转化为数字信号并进行分析计算,单片机控制器6并将分析计算后的数据上传至上位机7,操作者可在上位机7中查看测量试样9的裂纹扩展长度数据,

单片机控制器6的分析计算公式为:

a=15.153*u2+83.408u+3.2361

其中,a为测量试样9的裂纹扩展长度且单位为mm,u为测量试样9的电压信号数据且单位为μV;

测量试样9的裂纹扩展数据测量完毕。

本发明的裂纹扩展测量系统打破了目前在国内还没有集成化的裂纹扩展测量系统的现状,因此,对裂纹扩展测量系统的准确度和测量重复性的检验也非常重要。本发明的裂纹扩展测量系统的检验装置更是为国内首创,本检验装置极大地提高了裂纹扩展测量系统的测量精度,在检验装置前期的研制工作中,对裂纹扩展测量系统的检验装置的测量数据进行了分析,验证了此装置的可行性。其固定片裂纹长度变化系统的检验试样裂纹扩展长度测量的实验数据如图5所示,由图5可以看出,相对应的检验试样的实数据与已知数据之间的误差值在测量系统的测量精度范围之内,因此用此装置来检验裂纹扩展系统的准确度及测量重复性是可行的。

如图6和图7所示,对裂纹扩展测量系统的准确度检验的检验装置,包括固定有多个检验试样的固定片裂纹长度变化系统3和用于控制检验试样测量次序的单片机与继电器组控制模块4,所述单片机与继电器组控制模块4与固定片裂纹长度变化系统3连接且用于选择需要输出电压信号的检验试样,所述电流输出导线10-1和电流输入导线10-2与固定片裂纹长度变化系统3中的检验试样连接且把直流翻转电路2翻转后的电流信号分别传输至固定片裂纹长度变化系统3中的检验试样内,所述单片机与继电器组控制模块4输出端与电压连接线11连接且将检验试样的电压信号传输至运放模块5。

如图8所示,所述固定片裂纹长度变化系统3包括十个检验试样和五个接线端子,所述五个接线端子均为四位接线端子,所述五个接线端子分别为接线端子1、接线端子2、接线端子3、接线端子4和接线端子5,所述十个检验试样均为304钢检验试样,所述十个检验试样的裂纹扩展长度均已知且根据裂纹长度由短到长依次排列,所述检验试样1的裂纹长度最短且检验试样10的裂纹长度最长,所述电流输出导线10-1的另一端与检验试样1的裂纹面一侧点焊连接,所述检验试样1的裂纹面另一侧与检验试样2的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样2的裂纹面另一侧与检验试样3的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样3的裂纹面另一侧与检验试样4的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样4的裂纹面另一侧与检验试样5的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样5的裂纹面另一侧与检验试样6的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样6的裂纹面另一侧与检验试样7的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样7的裂纹面另一侧与检验试样8的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样8的裂纹面另一侧与检验试样9的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样9的裂纹面另一侧与检验试样10的裂纹面一侧用导线点焊连接,所述检验试样10的裂纹面另一侧与电流输入导线10-2连接;

所述检验试样1的裂纹一侧与接线端子1的前端1号接口连接,所述检验试样1的裂纹另一侧与接线端子1的前端2号接口连接,所述检验试样2的裂纹一侧与接线端子2的前端1号接口连接,所述检验试样2的裂纹另一侧与接线端子2的前端2号接口连接,所述检验试样3的裂纹一侧与接线端子3的前端1号接口连接,所述检验试样3的裂纹另一侧与接线端子3的前端2号接口连接,所述检验试样4的裂纹一侧与接线端子4的前端1号接口连接,所述检验试样4的裂纹另一侧与接线端子4的前端2号接口连接,所述检验试样5的裂纹一侧与接线端子5的前端1号接口连接,所述检验试样5的裂纹另一侧与接线端子5的前端2号接口连接,所述检验试样6的裂纹一侧与接线端子5的后端4号接口连接,所述检验试样6的裂纹另一侧与接线端子5的后端3号接口连接,所述检验试样7的裂纹一侧与接线端子4的后端4号接口连接,所述检验试样7的裂纹另一侧与接线端子4的后端3号接口连接,所述检验试样8的裂纹一侧与接线端子3的后端4号接口连接,所述检验试样8的裂纹另一侧与接线端子3的后端3号接口连接,所述检验试样9的裂纹一侧与接线端子2的后端4号接口连接,所述检验试样9的裂纹另一侧与接线端子2的后端3号接口连接,所述检验试样10的裂纹一侧与接线端子1的后端4号接口连接,所述检验试样10的裂纹另一侧与接线端子1的后端3号接口连接。

如图9所示,所述单电机与继电器组控制模块4由8路继电器组A、8路继电器组B、8路继电器组C和一个型号为STM32F103C8T6的单片机芯片组成,所述8路继电器A的IN1号引脚至IN8号引脚依次分别与单片机芯片的A6号引脚、A12号引脚、A11号引脚、A8号引脚、B15号引脚、B14号引脚、B13号引脚和B12号引脚连接,所述8路继电器B的IN1号引脚至IN8号引脚依次分别与单片机芯片的A5号引脚、A4号引脚、B5号引脚、B6号引脚、B7号引脚、B8号引脚、B11号引脚和B9号引脚连接,所述8路继电器C的IN1号引脚至IN4号引脚依次分别与单片机芯片的B10号引脚、B1号引脚、B0号引脚和A7号引脚连接,所述8路继电器组A的VCC端、8路继电器组B的VCC端、8路继电器组C的VCC端均与单片机芯片的5v引脚连接,所述8路继电器组A的GND端、8路继电器组B的GND端、8路继电器组C的GND端均与单片机芯片的GND端连接,所述单片机芯片与运放模块5的输入端连接;

如图10所示,所述接线端子1的前端3号接口与8路继电器组C的10B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组C的10A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的1A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的1B的1号引脚连接;所述接线端子2的前端3号接口与8路继电器组C的9B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组C的9A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的2A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的2B的1号引脚连接;所述接线端子3的前端3号接口与8路继电器组B的8B继电器的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的8A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的3A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的3B的1号引脚连接;所述接线端子4的前端3号接口与8路继电器组B的7B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的7A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的4A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的4B的1号引脚连接;所述接线端子5的前端3号接口与8路继电器组B的6B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的6A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组B的5A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组B的5B的1号引脚连接;所述8路继电器组A的1A的2号引脚、8路继电器组A的2A的2号引脚、8路继电器组A的3A的2号引脚、8路继电器组A的4A的2号引脚、8路继电器组B的5A的2号引脚、8路继电器组B的6A的2号引脚、8路继电器组B的7A的2号引脚、8路继电器组B的8A的2号引脚、8路继电器组C的9A的2号引脚和8路继电器组C的10A的2号引脚连接在一起,所述8路继电器组A的1B的2号引脚、8路继电器组A的2B的2号引脚、8路继电器组A的3B的2号引脚、8路继电器组A的4B的2号引脚、8路继电器组B的5B的2号引脚、8路继电器组B的6B的2号引脚、8路继电器组B的7B的2号引脚、8路继电器组B的8B的2号引脚、8路继电器组C的9B的2号引脚和8路继电器组C的10B的2号引脚连接在一起。

结合图7和图11,测量系统对裂纹扩展测量准确度的检验方法,包括以下步骤:

步骤一、将裂纹扩展测量系统和裂纹扩展测量系统的检验装置的电源开关均开启;

步骤二、在上位机7中设置恒流源1的输出恒定直流电流值和输出电压值,上位机7将设定恒定直流电流值命令通过单片机控制器6的数据发送端传输至恒流源1的数据接收端,恒流源1输出上位机7设定的恒定直流电流,恒定直流电流传输至直流翻转电路2,直流翻转电路2在单片机控制器6的控制下不停翻转电流方向,不停翻转的恒定直流电流通过电流输出导线传输至固定片裂纹长度变化系统3的十个检验试样内,并经过电流输入导线10-2流回直流翻转电路2中,十个检验试样为已知裂纹长度的检验试样且十个检验试样的裂纹长度均不相等;

步骤三、单片机与继电器组控制模块4的单片机芯片根据接通试检验试样1回路的指令控制对应的8路继电器组将检验试样1的电压信号回路接通并将检验试样1的电压信号传输至运放模块5,运放模块5将采集的电压信号放大后将电压信号传输单片机控制器6内,单片机控制器6将接收的模拟电压信号转化为数字信号并进行分析计算,单片机控制器6将分析计算后的数据上传至上位机7,操作者可在上位机7中查看检验试样1的裂纹扩展长度数据,

单片机控制器6的分析计算公式为:

a=15.153*u2+83.408u+3.2361

其中,a为检验试样的裂纹扩展长度且单位为mm,u为测量的检验试样的电压信号数据且单位为μV;

步骤四、重复步骤三分别完成检验试样2到检验试样10的数据采集;

步骤五、将采集的检验试样1到检验试样10的数据分别与对应检验试样的已知的裂纹数据进行比对,通过比对十个检验试样的测试数据与已知裂纹数据之间的关系来检验裂纹扩展测量系统的测量准确度。

因为检验试样1到检验试样10可以模拟一个试样在疲劳拉伸机的作用下的裂纹扩展情况,因此还可对已经测试的检验试样1到检验试样10的测量数据进行分析来模拟疲劳拉伸机的实验结论。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

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