端子10之间的电位 差，由计算机7米集并记录下来；
[0033] 步骤2 :应力腐蚀裂纹试件给定裂纹深度处的电位分布实验测量和电位差信号计 算，具体步骤如下：
[0034] 1)加工制作应力腐蚀裂纹不锈钢平板试件，如图3所示，沿裂纹长度方向每隔 I. 5_进行切片，获得不同裂纹长度位置处的包含部分应力腐蚀裂纹的切片试件，即切片试 件厚度为I. 5mm，并将切片镶嵌在环氧树脂的圆柱块中以便于实验测量，如图4所示，切片 中裂纹沿试件厚度方向贯穿；
[0035] 2)对步骤1)中加工好的No. 1应力腐蚀裂纹切片试件，利用金相显微镜对其进行 观测，获得裂纹深度和宽度的几何参数信息，如图5所示；
[0036] 3)根据步骤2)中观测到的切片试件中裂纹的大小，在裂纹给定深度（如Imm)处 选取扫描线，利用步骤1自主搭建的四端子直流电位测量系统对No. 1应力腐蚀裂纹切片1 给定裂纹深度Imm处的电位分布进行测量，测量时直流电流源2产生大小为IA的直流电流 施加在试件1的两端中心处，第一电位测量端子9固定在试件1表面，第二电位测量端子10 固定在三维扫描台5上，由扫描台控制器6和计算机7控制三维扫描台5带动第二电位测 量端子10沿选定的扫描线进行扫描，扫描步长为〇. 〇2mm，纳伏表4测量扫描过程中第一电 位测量端子9和第二电位测量端子10之间的电位差，由计算机7采集并记录下来，即可测 取该扫描线8上的电位分布；
[0037] 4)对于步骤3)测量得到的电位分布，将相邻两点的电位做差获得其电位差的分 布，并将电位差信号作为与不同电导率情况下的数值计算结果对比的目标信号。
[0038] 步骤3 :计算不同电导率情况下的电位差并与实验测量的电位差信号进行对比分 析，测定应力腐蚀裂纹的电导率值，具体步骤如下：
[0039] 1)由恒流场的控制方程
其中σ和梦分别指 材料的电导率和待求的电位分布，采用伽辽金有限元法对控制方程⑴进 行有限元离散，对控制方程⑴两边同乘以形函数Nt，再对全域积分，可得 ，考虑自然边界条件进而可 ?y-e
以得到
为总体系数阵，I表示加载点的流 入电流，-I表示加载点的流出电流，利用有限元方法求解此方程（3)，可计算待求的电位分 布；
[0040] 2)对步骤2步骤1)中加工的实际应力腐蚀裂纹切片试件建立数值计算模型，计算 模型中裂纹的深度和宽度与步骤2步骤2)中测取的切片试件裂纹深度和宽度一致，然后对 整个模型进行网格划分，网格为长方体网格，在裂纹区域网格较密集，网格大小为裂纹宽度 的1/8,即0. 0025mm，而其他区域网格较大，为3mm，分布较稀疏；
[0041] 3)利用步骤3中步骤1)的理论和步骤2)的计算模型，计算不同电导率情况下的 电位差分布，并提取步骤1步骤3)中给定深度（如Imm)处的电位差结果；
[0042] 4)如图6所示，将步骤2中步骤4)获得的应力腐蚀裂纹电位差实验测量信号与步 骤3的步骤3)中不同电导率情况下的电位差计算结果绘制在一张图中，对比实验测量和计 算电位差分布的电位差峰值，与实验测量电位差峰值一致的该电位情况的电导率设定值即 为电导率测定值，如此获得此处的电导率测定值为基体材料电导率的3. 65%。
[0043] 需要说明的是：在实际的过程中可以重复上述步骤2中的步骤3)_4)多次，求出平 均值作为最后电位差分布测量结果，可得到更加精确的电导率测定结果。
【主权项】
1.基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法，其特征在于：包括如下步 骤： 步骤1 :搭建四端子直流电位测量系统，具体为：提供直流电流的直流电流源（2) -端 通过限流电阻（3)与试件（1)的一侧中心相连，直流电流源（2)的另一端直接与试件（1) 的另一侧中心相连，测量电位的纳伏表⑷与第一电位测量端子（9)和第二电位测量端子 (10)相连，其中第一电位测量端子（9)固定在试件⑴表面，第二电位测量端子（10)固定 在三维扫描台（5)上，三维扫描台（5)与扫描台控制器（6)和计算机（7)相连接； 步骤2 :应力腐蚀裂纹试件给定裂纹深度处的电位分布实验测量和电位差信号计算， 具体步骤如下： 1) 加工制作应力腐蚀裂纹不锈钢平板试件，并沿裂纹长度方向进行切片，获得不同裂 纹长度位置处的包含部分应力腐蚀裂纹的切片试件，并将切片镶嵌在环氧树脂的圆柱块中 以便于实验测量，切片中裂纹沿切片试件厚度方向贯穿； 2) 对步骤1)中加工好的应力腐蚀裂纹切片试件，利用金相显微镜对其进行观测，获得 裂纹深度和宽度的几何参数信息； 3) 根据步骤2)中观测到的切片试件中裂纹的大小，在裂纹给定深度处选取扫描线，利 用步骤1搭建的四端子直流电位测量系统进行电位分布的测量，测量时直流电流源（2)产 生大小为1A的直流电流施加在试件（1)的两端中心处，由扫描台控制器（6)和计算机（7) 控制三维扫描台（5)带动第二电位测量端子（10)沿选定的扫描线进行扫描，利用纳伏表 (4)测量扫描过程中第一电位测量端子（9)和第二电位测量端子（10)之间的电位差，由计 算机（7)采集并记录下来，即能够测取该扫描线上的电位分布； 4) 对于步骤3)测量得到的电位分布，将相邻两点的电位做差获得其电位差的分布，并 将电位差信号作为与数值计算结果对比的目标信号； 步骤3:计算不同电导率情况下的电位差并与实验测量的电位差信号进行对比分析， 测定应力腐蚀裂纹的电导率值，具体步骤如下： 1) 由恒流场的控制方程▽·(-#妁=〇C1)其中σ和史分别指材 料的电导率和待求的电位分布，采用伽辽金有限元法对控制方程⑴进行 有限元离散，对控制方程⑴两边同乘以形函数Ντ，再对全域积分，可得考虑自然边界条件进而得 到[/：]@=彳0.....Μλ....-/.0,...〇f(3)，式中[K]为总体系数阵，I表示加载点的流入电 流，-I表示加载点的流出电流，利用有限元方法求解此方程（3)，计算待求的电位分布； 2) 对步骤2步骤1)中加工的实际应力腐蚀裂纹切片试件建立数值计算模型，数值计算 模型中裂纹的深度和宽度与步骤2步骤2)测取的切片试件裂纹深度和宽度一致，然后对整 个数值计算模型进行网格划分，网格为长方体网格，在裂纹区域网格较密集，网格大小为裂 纹宽度的1/8,而其他区域网格较大，分布较稀疏； 3) 利用步骤3中步骤1)的理论和步骤2)的计算模型，计算不同电导率情况下的电位 差分布，并提取步骤1步骤3)中给定深度处的电位差结果； 4) 将步骤2中步骤4)获得的应力腐蚀裂纹电位差实验测量信号与步骤3的步骤3) 中不同电导率情况下的电位差计算结果画在同一张图中，对比实验测量和计算电位差分布 的电位差峰值，与实验测量电位差峰值一致的该电位情况的电导率设定值即为电导率测定 值。2. 根据权利要求1所述的基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法，其特 征在于：所述搭建的四端子直流电位测量系统利用高精度三维扫描台实现电位分布的扫描 测量，扫描步长最小达到〇. 01mm。3. 根据权利要求1所述的基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法，其 特征在于：所述搭建的四端子直流电位测量系统采用纳伏表进行电位测量，测量精度达 10 9V〇4. 根据权利要求1所述的基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法，其特 征在于：所述给定裂纹深度处的电位差分布实验测量中裂纹给定深度为裂纹的任意深度。
【专利摘要】基于四端子直流电位检测信号的裂纹电导率测定方法，首先搭建四端子直流电位测量系统，加工制作应力腐蚀裂纹平板试件，并沿裂纹长度方向进行切割，获得包含部分应力腐蚀裂纹的切片试件，然后利用所搭建的直流电位测量系统测量切片试件裂纹附近区域的电位分布，计算相邻两点的电位差；进一步利用恒流场的控制方程，计算不同电导率情况下的电位差分布，对比分析实验测量的电位差信号和不同电导率情况下的电位差计算结果，获得扫描位置应力腐蚀裂纹的电导率值。本发明方法可以简单准确的测定复杂结构件的电导率，具有操作简单，易实现，数据量小，目标测量区域微小的优点，可以广泛应用于固体导电材料的电导率测量。
【IPC分类】G01N27/20
【公开号】CN105259220
【申请号】CN201510718109
【发明人】陈振茂, 蔡文路, 解社娟, 裴翠祥
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月29日