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专利号: 2020103636989
申请人: 江苏师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-03-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种环保不锈钢焊缝热疲劳表面裂纹扩展速率的试验方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤一,试样制备:由奥氏体不锈钢为充填材料,将两块409L低铬镍铁素体不锈钢试样对接焊接后进行切割,保证切割加工焊缝中心与试样V型缺口中心重合,得到试验所需的含有V型缺口的热疲劳试样;步骤二,热疲劳试验:在热疲劳试验机上按照设定的试验次数对热疲劳试样进行热疲劳试验,进行热疲劳试验时当温度到达温度上限后采用自然冷却的方式,并在达到设定的试验次数数据采样点时对热疲劳试样的表面裂纹进行测量并记录;步骤三,焊接接头热疲劳表面裂纹扩展速率计算:选择指数模型其中C1、C2、C3、C4为通过不同循环次数所对应的裂纹长度通过拟合后所求解出来的a‑N方程指数模型待求系数,取裂纹长度a为单一试验指标对应的拟合曲线的裂纹长度值,循环次数N为单一试验变量对应的循环次数值,利用Matlab软件对试验次数数据采样点采集的多个表面裂纹长度数据点进行拟合,得到a‑N表面裂纹扩展曲线方程a=206 .4e0 .00293N‑260 .1e‑0.01119N;引入Paris公式da/dN=C(△K)m求解母材试样热疲劳表面裂纹稳定扩展阶段扩展速率公式,其中a表示裂纹长度、N表示循环次数、C和m为材料参数、△K为应力强度因子,△K的计算公式为其中△P为裂纹扩展

受力幅值、B为试样的厚度、w为裂纹扩展方向的试样宽度、a为裂纹长度,求得各循环次数下裂纹扩展速率da/dN值,拟合后获得母材焊接接头热疲劳裂纹扩展速率公式为da/dN=0.2244△K  0.992;利用热疲劳表面裂纹扩展速率方程da/dN=0.2244△K  0 .992得到母材焊接接头热疲劳表面裂纹扩展速率曲线,获得Paris扩展阶段开始点对应的da/dN值。2.根据权利要求1所述的环保不锈钢焊缝热疲劳表面裂纹扩展速率的试验方法,其特征在于,步骤三中,在计算应力强度因子△K时,先定义材料属性并对试样进行实体建模,划分网格后利用Ansys软件对热应力进行分析得到母材试样的热结构耦合应力云图,取最大热应力值作为△P值。3.根据权利要求2所述的环保不锈钢焊缝热疲劳表面裂纹扩展速率的试验方法,其特征在于,定义材料属性对试样进行实体建模时,对试样焊缝处、V型缺口处的网格划分密度加大进行网格划分,获取V型缺口尖端由温度场所产生的热应力大小,最大热应力值对应V型缺口的尖端。4.根据权利要求1所述的环保不锈钢焊缝热疲劳表面裂纹扩展速率的试验方法,其特征在于,步骤三中,求解各循环次数下裂纹扩展速率da/dN值时,对应热疲劳试样的表面裂纹测量记录,采用割线法进行求解,割线法求解da/dN公式为:da/dN=(ai+1‑ai)/(Ni+1‑Ni)。5.根据权利要求1所述的环保不锈钢焊缝热疲劳表面裂纹扩展速率的试验方法,其特征在于,步骤二中,对热疲劳试样的表面裂纹进行测量的方式为:沿裂纹扩展路径取小段直线测量,并多次测量后求平均值。