[发明专利]交流电位法测算平板合金疲劳裂纹扩展速率的装置和方法

权利要求书

1.交流电位法测算平板合金疲劳裂纹扩展速率的装置，其特征在于，包括疲劳试验机(1)和试样夹具(2)、交流电位法传感器(4)、电位测量探针(6)、导线(7)、信号放大器(8)、双踪示波器(9)、A/D转换器(10)、CCD图像采集系统(12)和计算机(11)；所述交流电位法传感器(4)的一对矩形诱导线圈(13)与两对所述的电位测量探针(6)安装在带有预制裂纹的平板合金试样(3)的表面，所述两对电位测量探针(6)位于合金试样(3)的预制裂纹的两个顶端将该裂纹包含于中间位置，所述两个诱导线圈(13)分别位于被测合金试样(3)表面预制裂纹两个顶端并将两对电位测量探针(6)包含其中，合金试样(3)置于疲劳试验机(1)上；每对电位测量探针(6)的其中一个探针的导线(7)与一个信号放大器(8)的输入端相连，而另一个探针的导线(7)则与双踪示波器(9)的输出端相连；两个所述信号放大器(8)的输出端通过导线(7)与双踪示波器(9)的两个输入端连接，双踪示波器(9)的输出端通过导线(7)与A/D转换器(10)的输入端相连，A/D转换器(10)的输出端通过导线(7)与计算机(11)相连；所述CCD图像采集系统(12)和疲劳试验机(1)通过导线(7)与该计算机(11)相连；所述计算机(11)软件以Johnson推导的电位变化与疲劳裂纹扩展参数之间的函数关系式为基础。

2.根据权利要求1所述的交流电位法测算平板合金疲劳裂纹扩展速率的装置，其特征在于，所述电位测量探针(6)由圆柱形外壳(18)和平顶盖子(17)组成，所述平顶盖子(17)为平顶状，嵌有导线，所述导线内的金属丝(19)贯穿在圆柱形外壳(18)中；所述圆柱形外壳(18)通过弹簧搭扣(20)连接；所述圆柱形外壳(18)和平顶盖子(17)是由两种材料复合而成，外层均采用绝缘材料，内层均采用导电材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的交流电位法测算平板合金疲劳裂纹扩展速率的装置，其特征在于，所述交流电位法传感器(4)的两个诱导线圈(13)按矩形绕至22mm-25mm高度，所述矩形长55mm-59mm、宽25mm-29mm，两个所述矩形的中心线间距Δ＝35-39mm；对所述诱导线圈(13)外加激励电流(14)，变化的电场产生诱导磁场(16)，在两对电位测量探针(6)之间诱导产生诱导电流(15)，给该传感器提供外加电流。

4.实施根据权利要求1所述的交流电位法测算平板合金疲劳裂纹扩展速率的装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)在平板合金试样(3)上的预制裂纹两头区域安装两对电位测量探针(6)，将预制裂纹包含于中间位置，再在裂纹两头绕上诱导线圈(13)形成交流电位法传感器(4)；在平板合金试样(3)上预制裂纹(5)两头区域中塑造的两对圆柱体形状的导电胶，用圆柱形外壳(18)将两对圆柱体形状的导电胶套住，再继续向这两对圆柱形外壳(18)内注入导电胶，让圆柱体形状的导电胶和外壳(18)紧密结合，使得电位测量探针(6)能固定在测量区内，最后盖上嵌有导线的平顶盖子(17)；整体置于疲劳试验机(1)上，外加激励电流(14)流于诱导线圈(13)，将每对电位测量探针(6)的其中一个平顶盖子(17)上的导线与一个信号放大器(8)相连，而另一个平顶盖子(17)上的导线则与双踪示波器(9)的输出端连接，开启所述的交流电位法测算平板合金疲劳裂纹扩展速率的装置；

(2)通过所述交流电位法传感器(4)的两对电位测量探针(6)在线实时监测疲劳裂纹扩展导致的裂纹两头电位变化的信号；

(3)所述两个信号放大器(8)将两对电位测量探针(6)监测到的裂纹两头电位变化信号放大，传送至双踪示波器(9)中，通过双踪示波器(9)同时显示裂纹两头扩展时的电位数据和可测波形图；

(4)所述双踪示波器(9)收集到的电信号经两个A/D转换器(10)输入计算机(11)中，电位数据经计算机(11)处理得出疲劳裂纹扩展速率等裂纹扩展数据；

(5)所述CCD用来拍摄整个疲劳裂纹扩展过程的图像，记录信息并储存在含有配套软件的计算机(11)中，避免疲劳裂纹扩展重要研究细节的疏漏，对疲劳裂纹扩展的后续处理做好备用。