[发明专利]一种基于直流电位技术同声发射技术相结合的断裂试验起裂载荷确定方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，尤其是一种基于直流电位技术同声发射技术相结合的断裂试验起裂载荷确定方法。

背景技术

声发射(Acoustic Emission,简称AE)是材料或者结构在外力或者内力作用下，产生变形或损伤的同时，以弹性波的形式释放出部分应变能的一种自然现象，是材料内部由于不均匀的应力分布所导致的由不稳定的高能态向稳定的低能态过渡时产生的松弛过程，声发射技术是根据材料或者结构内部发出的这种弹性波来判断材料或者结构内部损伤程度变化的一种无损检测方法。由于声发射技术可以进行实时监测的优点，使其在断裂韧性中关于对裂纹开裂载荷确定方面有了很大的应用。许多研究者也将声发射技术应用到了很多材料的断裂韧性实验中。Roy研究了四种材料断裂韧性测试过程中声发射信号特征，得出裂纹起裂点主要特征是高幅值，同时伴有能量累计、计数累计曲线斜率的突然升高。Arli也认为裂纹的起裂点可以通过计数和COD曲线斜率的转折点得出。所以，综上所述，断裂韧性实验过程中，主要是从累计能量、累计时间的斜率转变或者高幅值信号的出现，来判断裂纹开裂点。由于声发射信号易受很多噪声信号的影响，这些研究，并没有通过其他有效的监测方法证明这些信号的突然变化即为裂纹起裂引起，而非环境噪声或其他因素引起，因此在工程中没有较强的说服力。

因此，需要一种同声发射技术相结合的监测方法，来验证通过声发射信号的变化确定断裂韧性起裂载荷的准确性，从而使声发射结果具有更强的说服力。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种更加准确地基于直流电位技术同声发射技术相结合的断裂试验起裂载荷确定方法。利用声发射技术，通过监测和分析X100管线钢在断裂韧性实验过程中的声发射特征，得出计数累计、能量累计斜率的转折及较高幅值出现时的时刻，确定起裂时刻，同时使用直流电位技术监测试样两端电压变化，通过将起裂时刻声发射信号特征同直流电位电压变化相比较，来验证声发射结果的准确性，增强结果的说服力。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于直流电位技术同声发射技术相结合的断裂试验起裂载荷确定方法，按照下列步骤进行：

步骤一、将待测样品切割成三点弯试样，在高频疲劳机上预制出疲劳裂纹；

步骤二、将声发射仪器的传感器同试样间用真空机进行耦合，同时用胶带和皮筋将其固定于三点弯试样的一侧；设定声发射仪器中声发射检测系统参数；

步骤三、在裂纹嘴两端2mm处及试样两端分别与导线相连，裂纹嘴两端导线与电压记录装置相连，实时记录电压示数，试样两端导线与恒流源相连；

步骤四，将引伸计卡在三点弯试样刀口上，用来测量试验过程中裂纹嘴张开位移，对三点弯试样施加载荷，试验的同时对声发射信号进行采集，主要包括计数累计，能量累计，幅值三个特征参数，对直流电位电压变化进行记录；

步骤五，分析声发射信号，找出第一个高幅值出现及计数累计和能量累计斜率突然升高的时刻，初步判定此时刻即为X100管线钢裂纹起裂时刻；

步骤六，将声发射信号同直流电位电压数值及电压的一阶导数数值相结合，分析声发射方法初步确定的裂纹起裂时刻，电压及其导数的变化，验证声发射结果的准确性；

步骤七，利用PV曲线得到开裂时刻的裂纹嘴张开位移和开裂载荷。

在上述技术方案中，在步骤一中，所述的待测样品为X100管线钢。

在上述技术方案中，在步骤一中，所述的疲劳裂纹的宽度为1-2mm。

在上述技术方案中，在步骤二中，所述的声发射检测系统参数为：采样率1MSPS，采样长度1K，前置放大器放大倍数40dB，幅值门槛值40dB。

在上述技术方案中，在步骤三中，所述的恒流源的恒电流大小为15A。

在上述技术方案中，在步骤四中，所述施加载荷的试验速度为1mm/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的基于直流电位技术同声发射技术相结合的断裂试验起裂载荷确定方法同现有的单纯声发射技术相比较，排除了由于环境因素或者其他因素造成声发射信号突变的可能性，验证了声发射结果的准确性，使结果具有更强的说服力。

附图说明

图1是本发明中采用的三点弯试样尺寸和声发射传感器、直流电位安装位置示意图。

图2是试验过程时，声发射信号能量累计和幅值变化情况。

图3是试验过程中，声发射信号计数累计和幅值变化情况。