[发明专利]脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法

权利要求书

1.一种脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)制备具有直切槽(11)的试样(1)，在所述试样(1)的观测面上喷印点阵参考系，并标定至少两对测量点；

B)对所述试样(1)进行三点弯加载实验，并利用数字图像测量装置测量各对所述测量点处的裂尖张开位移量，以得出裂尖张开方向位移量时间变化曲线；

C)根据所述试样(1)的规格以及加载实验中所述试样的载荷数据和应变数据得出所述试样(1)的应力强度因子时间曲线，以得出加载率；

D)结合所述裂尖张开方向位移量时间变化曲线，确定各对所述测量点沿裂尖张开方向的位移量的突增时间，以所述位移量的突增的时间作为裂纹起裂的标志，再根据两对所述测量点沿裂纹扩展长度方向的水平距离△L以及两对测量点处所述位移量的突增时间的间隔△t求得动态裂纹扩展速度CPV具体计算公式如下：

2.根据权利要求1所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，步骤A)中的所述试样(1)为半圆盘试样，所述直切槽(11)设于所述半圆盘试样上平面的中部，并沿所述半圆盘试样的厚度方向贯穿该半圆盘试样。

3.根据权利要求2所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，步骤(1)中所述点阵参考系的建立步骤包括：

a)清理所述观测面，并喷涂底层涂层；

b)在所述底层涂层上印戳或喷涂，以形成散点场，从而建立所述点阵参考系。

4.根据权利要求3所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，步骤B)中所述三点弯加载实验基于霍普金森压杆设备进行，所述霍普金森压杆设备包括撞击杆(21)、入射杆(22)和透射杆(23)，所述试样(1)夹装于所述入射杆(22)和所述透射杆(23)之间，所述撞击杆(21)能够撞击所述入射杆(22)，所述入射杆(22)上设有入射杆应变片(221)，所述入射杆应变片(221)与波形采集显示装置(3)连接，以能够测量入射应变和反射应变，所述透射杆(23)上设有透射杆应变片(231)，所述透射杆应变片(231)与所述波形采集显示装置(3)连接，以能够测量透射应变。

5.根据权利要求4所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，步骤B)中的所述数字图像测量装置包括高速相机(51)和照明设备(52)，该高速相机(51)与所述波形采集显示装置(3)以及计算机(4)电连接，以实现该高速相机(51)与所述波形采集显示装置(3)的同步触发，并实时采集所述观测面的数字图像。

6.根据权利要求5所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，所述计算机(4)通过分析所述数字图像中的所述点阵参考系的变化得出裂尖张开方向位移云图，并根据该裂尖张开方向位移云图得出各对所述测量点的所述裂尖张开方向位移量时间变化曲线。

7.根据权利要求6所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，步骤C)中所述应力强度因子时间曲线由所述入射杆(22)端的入射应力、所述透射杆(23)端的透射应力以及无量纲应力强度因子得出。

8.根据权利要求7所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，所述入射应力由所述入射杆(22)的横截面积、所述入射杆(22)的弹性模量、所述入射应变和所述反射应变得出；所述透射应力由所述透射杆(23)的横截面积、所述入射杆(23)的弹性模量以及所述透射应变得出；所述无量纲应力强度因子由所述直切槽(11)的长度、所述半圆盘试样的半径和所述透射杆(23)上用于支撑所述半圆盘试样的支撑点之间的距离得出。

9.根据权利要求8所述的脆性材料I型裂纹裂尖张开位移及裂纹扩展速度测量方法，其特征在于，所述加载率为所述应力强度因子时间曲线近似弹性段的斜率。