结构构件中的裂纹会降低结构系统的安全性,甚至导致整个系统的失效。因此,对存在裂纹的构件进行强度分析尤为重要。 根据线弹性断裂力学得到的应力强度因子是评估裂纹结构强度的一个重要参数。应力强度因子可以通过数值计算来得到,比如有限元法和边界元法。但这些数值方法在应用到大型实际结构中时会遇到一些困难。比如结构所承受的外载荷以及其它边界条件很难确定;建立精确的裂纹结构的有限元模型也将花费大量的时间和精力。 本论文提出了应用PVDF压电材料和非接触型静电电压表测量裂纹尖端应力分布和Ⅰ,Ⅱ类型裂纹的应力强度因子的实验方法。 首先,推导了PVDF压电材料的输出电压和它所受到的应力应变之间的关系。关系式中的参数可以通过实验确定。通过施加已知载荷和测得的电压来确定参数。 其次,利用PVDF开发制作了一种各向同性压电元件。将同样尺寸的两层PVDF薄膜以重叠的方式贴在结构表面,而且它们的延伸方向相互垂直,那么从这两层PVDF薄膜上输出的电压将显示出各向同性。 再次,利用PVDF压电材料和非接触型电压表测量裂纹尖端的应力分布。通过对试验结果和有限元数值计算比较,PVDF压电材料可以应用在实际的应力测量中,并且有良好的精度。 最后,提出了一种应用PVDF压电材料测量结构裂纹应力强度因子的两种方法。特别是在表示裂纹尖端附近应力分布的展开式中增加考虑了第二项来提高该方法的估算精度。实验结果以及数值分析表明该方法可以应用于实际结构裂纹的应力强度因子的测量,并具有很高的工程精度。