[发明专利]一种基于位移测量的微型薄膜试件疲劳裂纹监测方法

说明书

本发明公开了一种基于位移测量的微型薄膜试件疲劳裂纹监测方法，将位移传感器安装在微型薄膜试件的夹持部分；对微型薄膜试件进行疲劳加载，通过位移传感器记录在每个循环内的最大位移和最小位移，分别记为D_max、D_min；计算D_max和D_min的差值记为ΔD，先在某些循环内找稳定，再将稳定的ΔD值作为裂纹评估参量，得到ΔD随着循环数的变化情况，将该值作为评估微型薄膜试件缺口部位危险点附近疲劳裂纹的萌生与扩展情况；考察裂纹评估参量ΔD的值，当裂纹评估参量ΔD超过某一判别参数时，表征微型薄膜试件缺口部位危险点附近有裂纹萌生；本方法能够准确地监测微型薄膜试件疲劳裂纹的萌生情况。同时，本方法操作方便，实用性强，有很大的工程实用潜力。

技术领域

本发明应用领域是疲劳裂纹监测方向，特指一种基于位移测量微型薄膜试件疲劳裂纹监测方法。

背景技术

据统计，机械零件的断裂事故中，80％以上都是由于金属疲劳引起的，不仅造成了经济损失，也存在很大的安全隐患。微型薄膜材料在MEMS(micro-electro-mechanicalsystem)元器件中得到了广泛使用。然而由于微型薄膜在使用过程中常因循环交变载荷的作用发生破坏。疲劳破坏往往是由一条疲劳裂纹的萌生开始的，当疲劳裂纹扩展到一定长度，会直接引发结构破坏导致事故。因此，微型薄膜疲劳裂纹监测方法对保证MEMS元器件安全可靠服役具有重要的实际意义。

目前的裂纹监测通常是在裂纹的萌生处安装传感器，但是疲劳裂纹一般都是在应力集中的部位产生，而很多应力集中部位由于结构尺寸和结构用途等缘故无法进行传感器的安装；并且微型薄膜试件是很脆弱的材料，在试件表面安装传感器很容易对试件造成永久损伤，因此，找到一种非直接接触的在非应力集中危险点部位安装传感器间接监测，并且能够准确捕捉裂纹的萌生与扩展情况的实时监测方法是一项非常具有应用价值的工作。

发明内容

本方法目的在于监测微型薄膜试件疲劳裂纹，提出了一种基于位移测量微型薄膜试件疲劳裂纹监测方法，保证MEMS元器件安全可靠服役，具有重要的实际意义。

本方法提供的一种基于位移测量微型薄膜试件疲劳裂纹监测方法，其步骤为：

步骤1)将位移传感器安装在微型薄膜试件的夹持部分；

步骤2)对微型薄膜试件进行疲劳加载，通过位移传感器记录在每个循环内的最大位移和最小位移，分别记为D_max、D_min；

步骤3)计算D_max和D_min的差值ΔD_n+1，先在800-1500个循环内找稳定，即：Δ_n＝ΔD_n+1-ΔD_m，m＝k时n＝k,k+1,k+2,...,n，Δ_n的值在800-1500个循环内的值基本在同一个数量级，则将ΔD_m记为稳定值，将ΔD_m值作为裂纹评估参量。将ΔD_m值作为评估微型薄膜试件缺口部位危险点附近疲劳裂纹的萌生与扩展情况；

步骤4)考察裂纹评估参量ΔD_m的值。Δ_n＝ΔD_n+1-ΔD_m，m＝k时n＝k,k+1,k+2,...,n当Δ_n大于等于在800-1500个循环内的同一数量级数中的最大值时，表征微型薄膜试件缺口部位危险点附近有裂纹萌生；

所述步骤1)中，位移传感器不需和微型薄膜试件直接接触，避免对微型试件造成损伤，扩大了使用范围；

所述步骤3)中，计算D_max和D_min差值ΔD_n+1，选用稳定值ΔD_m作为裂纹评估参量。