1.一种I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,用于I-II复合型裂纹疲劳扩展速率检测,其特征在于,包括:两个夹具,用于分别夹持试样的两端;每个所述夹具均包括两个板面相对的夹板和连接两个所述夹板的锁紧结构;夹具的两个所述夹板被配置成能够沿垂直于两者板面的方向相对靠近或相对远离,以限定能够夹持试样或松开试样的夹持口;所述锁紧结构被配置成能够锁紧两个夹板使其夹持试样或松开两个夹板使其松开试样;所述夹具被配置成能够以使试样的对应端夹于其两个夹板之间且连接在其锁紧结构上的形式夹持在试样的对应端。
2.根据权利要求1所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:还包括两个加载头,两个加载头分别连接两个所述夹具,并能够向两个夹具施加方向相反的荷载,以对试样施加拉伸荷载。
3.根据权利要求2所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:所述加载头枢接连接对应的夹具。
4.根据权利要求2所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:所述加载头包括连接块和连接于所述连接块的传力销钉;
所述夹具上开设有若干贯穿其两个夹板的通孔,所述夹具通过其通孔和传力销钉的转动配合枢接于所述加载头。
5.根据权利要求4所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:在两个夹具夹持一个试样的工作状态下,位于两个所述夹具的通孔的圆心在同一个圆上,且位于两个夹具上的通孔关于该圆的圆心中心对称分布;两个加载头枢接于对应的夹具的通孔为关于该圆心中心对称的一组通孔;各组通孔的中心的连线和试样上的预设裂纹的方向线之间的夹角不同。
6.根据权利要求1所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:所述锁紧结构包括至少两组螺栓连接组件,所述螺栓连接组件的螺钉穿过两个夹板、螺母螺纹连接于螺钉并能够螺旋调节以锁紧两个夹板或松开两个夹板。
7.根据权利要求1-6任一项所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:两个夹板相对的板面设有相配对的凹槽和凸起,凹槽和凸起配合形成沿垂直于夹板的板面的方向的滑动配合,以使两个夹板能够沿垂直于板面的方向相互靠近或相互远离。
8.根据权利要求7所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:每个夹具上的凹槽和凸起配合共有两对,分别位于夹具的两侧位置;所述锁紧结构位于两侧的凹槽和凸起配合之间的位置。
9.根据权利要求1-6任一项所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置,其特征在于:两个夹板的相对的板面的边沿具有下凹形成的用于容许试样置于其中的容置槽;
所述锁紧结构包括至少两组螺栓连接组件,所述螺栓连接组件的螺钉在容置槽处穿过两个夹板、螺母螺纹连接于螺钉并能够螺旋调节以锁紧两个夹板或松开两个夹板;
在夹持状态下,试样被夹持于两个夹板的容置槽的槽底面之间且穿设在螺钉的杆部之上。
10.一种I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法,其特征在于,基于权利要求1-9任一项所述的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置;
所述I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验方法包括以下步骤:试样装夹:外拉夹具,通过夹板、锁紧结构对夹于夹具的试样施加预拉力,至使试样自适应地调整至结构限定的位姿并稳定保持于该位姿不动;然后通过锁紧结构锁紧夹具的两个夹板,使两夹板夹紧试样;试样夹紧后,进行以下试验步骤:步骤(1):I-II复合型裂纹疲劳扩展试验:
CTS试样装夹完成后,开始加载大小设定为P、循环次数为N的试验荷载,并记录在该荷载下预设裂纹嘴张开位移V,试验过程中采集载荷P、裂纹嘴张开位移V和循环次数N,保存(P,V,N)实验数据。
根据试验载荷P-裂纹嘴张开位移V曲线得到柔度C*:
其中C*为柔度,P为试验载荷,V为CTS试样裂纹嘴张开位移,C*可由试验获取的P-V试验数据回归得到,试验过程中采集加载循环数N;
步骤(2):I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJe测量:根据CTS试样的柔度C*、初始裂纹长度a0、宽W通过解析式(3)和式(5)获得加载过程中循环次数对应的的实时裂纹长度a,得到扩展裂纹长度a-循环次数N曲线,根据割线法获得其裂纹扩展速率da/dN;
由CTS试样的初始裂纹长度a0、宽W、裂纹疲劳扩展长度a通过解析式(2)和式(4)获得材料的弹性J积分Je,从而获得对应的I-II复合型裂纹疲劳扩展速率试验装置da/dN-ΔJe关系曲线;
a0/W在0.36~0.8范围内,式(2)给出裂纹未发生扩展时的J积分J0e-初始裂纹长度a0的关系,式(2)中参数见表1;a0/W在0.36~0.8范围内,根据式(3)给出裂纹未发生扩展时a0/W在0.36~0.8范围内的柔度C0*-初始裂纹长度a0的关系,式(3)中参数见表2;a0/W在0.36~
0.8范围内、a/W在0~0.2范围内,式(4)给出裂纹发生扩展时裂尖弹性J积分Je与初始裂纹长度a0、扩展裂纹长度a的关系,式(4)中参数见表3;a0/W在0.36~0.8范围内、a/W在0~0.2*范围内,式(5)给出裂纹发生扩展时的柔度C与初始裂纹长度a0、扩展裂纹长度a的关系,式(5)中参数见表4;
其中,Je0为CTS试样裂纹未发生偏转扩展时裂尖弹性J积分,P为试验加载载荷,E为杨氏弹性模量,B为试样厚度,W是试样宽度,a0是初始裂纹长度,b0=W-a0是初始剩余韧带长度,α是试验加载角度;
表1 Je0公式参数
其中,C0*为为CTS试样裂纹未发生偏转扩展时的加载柔度;
表2 C0公式参数
其中,Je为CTS试样裂纹发生偏转扩展后裂纹裂尖弹性J积分,a是裂纹扩展长度;
表3 Je公式参数
表4 C*公式参数
其中,C*为CTS试样裂纹发生偏转扩展后加载柔度。