本发明涉及传感器疲劳试验测量，具体为一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量装置和方法。
背景技术：
1、疲劳是在连续交变应力作用下，在材料或结构某点局部的表面逐渐生成疲劳裂纹，并随着作用时间而逐渐向纵深发展，形成永久性的损伤递增过程，学术界采用标准试件的裂纹扩展长度a随循环周次n的变化率，即a-n曲线来研究材料的疲劳裂纹扩展寿命。要研究材料疲劳裂纹扩展寿命，必须测定疲劳裂纹扩展a-n曲线，但前提条件是必须确定裂纹扩展过程中任一时刻的裂纹扩展长度a，因此，精准测量疲劳裂纹扩展过程中的裂纹扩展长度a是研究疲劳裂纹扩展性能的一个关键。目前测定标准试样疲劳裂纹扩展长度的方法包括目测法、柔度法、电阻应变片法、超声波测量法、光学应变检测法。但其均存在一定的问题：
2、目测法，误差极大，无法观察到疲劳裂纹萌生长度(裂纹萌生长度一般小于0.2mm)，所测实验结果与实际偏离较大。柔度法对于疲劳交变载荷条件下试样裂纹长度的测量，特别是在高频疲劳加载条件下，会导致加持位置的错动、试样的振动，直接影响测量精度，测量结果数据仍然不够精确。电阻应变片法，电阻应变片与试样是依靠胶黏剂粘接在一起的，电阻应变片与试样容易扭曲滑动，而且随着试样受交变载荷作用高频振动，电阻应变片容易脱落，测量数据不稳定、不准确。超声波测量法，存在设备安装复杂、抗干扰能力差的问题，而且由于试样在交变载荷作用下处于振动状态，反射的超声波很难精准反馈疲劳裂纹萌生长度和实际的疲劳裂纹扩展长度，因此，应用较少。光学应变检测法，仅能记录低频疲劳试验过程，对于高频疲劳裂纹扩展过程无法采集，而且光学应变设备价格昂贵，目前在疲劳裂纹扩展长度的测量方面还没有得到广泛的应用。
3、因此，如何提供一种弯曲疲劳裂纹扩展试验测量装置和方法成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量装置和方法，不仅可以在线、非接触高效便捷地测量出全过程的疲劳裂纹扩展长度，而且可以精准的测量疲劳裂纹萌生阶段，弥补了业界无法测量裂纹萌生阶段的空白，测量数据精度达到微米级，精度远高与传统测量方法。
2、为达上述目的，本发明提供了一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量装置，包括：夹具、第一红外位移传感器和第二红外位移传感器；所述夹具夹持在三点弯或四点弯试样支点外侧，且夹具贴合在三点弯或四点弯试样的预制裂纹处支点外侧，另一端面与预制裂纹平行，用于接收红外线信号；所述第一红外位移传感器和第二红外位移传感器均固定在三点弯或四点弯试样底部的支架上，用于测量裂纹裂开一定距离后的距离，且第一红外位移传感器和第二红外位移传感器之间的距离固定。
3、进一步地，第一红外位移传感器和第二红外位移传感器测量长度精度达到微米级。
4、一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量方法，包括：
5、将夹具夹持在三点弯或四点弯试样外侧，且保证夹具贴合在三点弯或四点弯试样的预制裂纹处，在三点弯或四点弯试样底部的支架上固定第一红外位移传感器和第二红外位移传感器，且保证第一红外位移传感器和第二红外位移传感器之间的距离固定；
6、在疲劳裂纹实验过程中的任意开口度最大时刻，测量部位与裂纹尖端t成为一个直角三角形△ts1r2；
7、第一红外位移传感器和第二红外位移传感器的测试点与水平线也形成一个三角形△r1s2r2；
8、对于△ts1r2和△r1s2r2，在任意时刻都存在
9、an＝la-lr-lf (1)
10、
11、hr＝h-k (3)
12、hs＝h-li (4)
13、
14、由以上公式得知，在任一循环周次n都存在从而得出裂纹长度an；
15、其中ln为两个传感器固定间距，li为传感器到测试位置距离，k、h为裂纹裂开一定距离后第一红外位移传感器和第二红外位移传感器测出的距离，lf为线切割的裂纹长度，lr为二号传感器射线与弯曲试样底面间的距离，la为二号传感器射线与裂纹尖端的距离，hr为两个传感器位移差，hs为二号传感器位移。
16、进一步地，计算机系统时刻记录an数值，并输出曲线an/n和excel数据表格，进而采用origin求导可输出曲线da/dn，其中da/dn表示疲劳裂纹扩展速率，其中da＝an-an-1，dn表示交变应力单位循环。通过裂纹长度an能够得出疲劳裂纹扩展速率dan/dn。
17、本发明的有益效果在于：
18、(1)本发明不仅可以高效便捷地测量出全过程的疲劳裂纹扩展长度，而且可以精准的测量疲劳裂纹萌生阶段，弥补了业界无法测量裂纹萌生阶段的空白，测量数据精度达到微米级，精度远高与传统测量方法。
19、(2)本发明能够在非接触条件下实时动态地测量加载中试样疲劳裂纹长度，进而精确算得疲劳裂纹扩展速率，装置安装和调节省时，试验结果精度高，操作过程简单，可以实现实验正常开始后中途不需要人员进行其它操作之便利，实时输出数据，节省测定时间和成本，测量结果可靠。
1.一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量装置，其特征在于，包括：夹具、第一红外位移传感器和第二红外位移传感器；所述夹具夹持在三点弯或四点弯试样外侧，且夹具贴合在三点弯或四点弯试样的支点外侧处，另一端面与预制裂纹平行，用于接收红外线信号；所述第一红外位移传感器和第二红外位移传感器均固定在三点弯或四点弯试样底部的支架上，用于测量裂纹裂开一定距离后的距离，且第一红外位移传感器和第二红外位移传感器之间的距离固定。
2.如权利要求1所述的一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量装置，其特征在于，第一红外位移传感器和第二红外位移传感器测量长度精度达到微米级。
3.一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量方法，其特征在于，包括：
4.如权利要求3所述的一种基于红外线位移传感器的弯曲疲劳裂纹扩展试验测量方法，其特征在于，通过裂纹长度an能够得出疲劳裂纹扩展速率dan/dn。
