1、腐蝕介質下柔度法測定疲勞裂紋擴展速率試驗方法（高怡斐 邢國光 欒培峰 李穎）A 測定裂紋長度的柔度法A.1 在疲勞裂紋擴展速率試驗中，可以用柔度法測定裂紋長度。最理想的方法是使用高速數據采集和處理系統。但是也可以使用低速的自動繪圖儀器記錄力和位移信號。根據數據采集設備和循環加力頻率的條件，在采集數據期間有時必須降低頻率。A.2 由解析法計算出的幾種標準試樣的柔度和歸一化裂紋的關系通常用無量綱柔度（EBV）/P和歸一化裂紋長度a/W來表達。所有柔度-裂紋長度關系僅適用于它所對應的試樣上的測量位置。除解析法計算的柔度關系外，也可以通過試驗建立用于疲勞裂紋擴展速率試驗中任何類型試樣的柔度曲線。這種曲

2、線不僅僅限于對位移的測量，也可以是有關的應變量。A.3 本文給出了SE(B)試樣的柔度表達式（A1）。 (A.1)式中：E彈性模量；V測量點的位移。柔度與歸一化裂紋長度的關系式為： a/W=C0+C1Ux+C2Ux2+C3Ux3+C4Ux4+C5Ux5 (A.2)式中：C0=0.99975, C1=-3.9504, C2=2.9821, C3=-3.2141, C4=51.516, C5=-113.03. 上述公式適用于平面應力狀態，因為這種應力狀態最適用于遠離裂紋尖端的測量，不考慮裂紋尖端的局部應力狀態。A.4 對于位移規、刀口位置以及刀口的固定方法的選擇隨試驗條件，如頻率、環境、力值比和溫

3、度等而定。在位移測量范圍內，位移規必須是線性的，并具有足夠的分辨率和頻率響應。一般較小試樣需要具有較高分辨率的位移規。刀口必須精確地固定在試樣上，而且，在疲勞加力期間不易受到磨損。A.5 一個完整的疲勞力循環的力-位移曲線一般是非線性的。較低部分通常是非線性的，靠上部分是線性的。要通過擬和力-位移曲線較上部的直線段來計算柔度。用位移規所測量的柔度值換算成裂紋長度值時，為排除閉合效應和力反向帶來的測定誤差，建議取0.95Pmax和取0.5Pmax兩點間的直線段計算P-V曲線上的斜率，如圖A1所示。A.6 要確保至少讀出一點目測的裂紋長度，一般是試驗的初始值，或是試驗的終止值。目測的讀數必須按實際

4、的裂紋長度的曲率加以修正。其修正的方法是試驗結束之后檢查斷口，以確定裂紋前緣曲率范圍。若需要進行曲率修正，且裂紋前緣線條明顯，則至少在兩個位置（例如預制裂紋和極限裂紋）沿厚度方向(1/4)B、(1/2)B、(3/4)B三點處的裂紋長度，其算術平均值（平均裂紋長度）與試驗記錄的相應裂紋長度之差即為曲率修正量。實際裂紋長度和柔度裂紋長度之間的任何偏差應該對所有柔度測定的裂紋長度進行修正。大多數情況常常是通過計算有效彈性模量E來調整，即在柔度方程中使用E來計算所有的裂紋長度。如果有效彈性模量與典型的彈性模量相差大于10%，則認為裝置的使用有誤，用這種有誤的方法得到的試驗數據視為無效。通常EEE/(1

5、-2)，此處是泊松比。 圖A1 P-V曲線的非線性B 腐蝕介質下疲勞裂紋擴展速率測定的特殊要求B.1 試驗裝置：推薦采用如圖B1所示的循環系統裝置供應試驗溶液。循環系統的流量要確保每分鐘至少置換腐蝕槽內溶液一次。腐蝕槽應能將試樣的裂紋擴展部分淹沒入腐蝕液面以下，選擇好入水口和出水口位置，以確保試驗溶液能圍繞試樣的裂紋擴展部分流動。含水介質的體積：含水介質應具有足夠的體積，該體積與試樣被浸表面成正比，推薦大于20mL/cm3。 圖 B1 推薦采用的溶液循環系統B.2 試驗程序：按照室溫大氣環境下的疲勞裂紋擴展試驗方法測量試樣尺寸及預制疲勞裂紋。安裝試樣前，應清洗試樣表面和切口。建議采用酒精或丙酮

6、清洗，但不應引起試樣表面的腐蝕和損傷。B.3 配置試驗溶液：B.3.1 鹽水溶液：用蒸餾水或去離子水配置的氯化鈉溶液。氯化鈉重量百分比濃度通常是3.5%。B.3.2 人造海水：制備10L人造海水的方法為，在89L水中緩慢添加245.34gNaCl和40.94g無水Na2SO4 不斷攪拌，待其溶解，將200mL為1號備用溶液（將3889.0g的MgCl26H2O、405.6g的CaCL2 和14.8g的SrCl26H2O混合并稀釋到7L）和100mL為2號備用溶液（將486.2g的KCl、140.7g的NaHCO3 、70.4g的KBr 和19.0g的H3BO3 、2.1g的NaF混合并稀釋到7L）稀釋至10L。用0.1mol/mL的NaOH溶液將pH值調到8.2僅需要幾毫升NaOH即可。使用前制備溶液并立即調準pH值。B.3.3 允許根據需要配制其它含水介質成分。B.4 將試樣安裝好后，通入試驗溶液，對試樣進行浸泡，建議預浸泡的時間不小于24h。對于腐蝕作用明顯的試驗過程，允許清除試樣側表面的腐蝕產物，以利于試驗溶液進入裂紋尖端區域，并利于目測觀察裂紋長度以及裂紋尖端形態。B.5 裂紋長度測定：推薦用非目測法和目測法測定裂紋長度。如果采用非目測法，建