(完整版)平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案

平面应变断裂韧度K1C 的测定实验预案

姓名：江维学号：M050110110 指导老

师：钱士强学院：材料工程学院

、试样制备

1. 材料：先用40刚

2.

(1) 厚度:

为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的0.2和K lC的估计值，根据

上式确定试件的最小厚度，在尺寸之间的关系确定试件的其它尺寸。K lC的

估计值可以借用相近材料的K IC值，也可根据材料的0.2/ E的值确定

试件的尺寸，如下表所示：

表

K C 2一一一

当确知2.5(-)比表中推荐尺寸小得多时，可米用较小试件. 在试验

0.2

K

测得有效K IC结果后，可在随后试验中将尺寸减少到a、B 2.5( -)2

0.2

B > 2.5(K ic/ 动2>2.5(71.9/294)2=0.l496m

所以取B=0.15m.

(2) 高度：

a> 50r y~ 2.5(K ic/『①

(W-a) > 2.5(K ic/ s)2C2)

由O+②得W 2*2.5(K ic/ s)2 ,所以取W=0.3m

(3) 长度：

跨距：S=4W+0.2W=1.26m.

长度L>S,所以取L=1.4m。

为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹，使得到的K1-数据可以对比和实际应用，

试件必须在疲劳试验机上预制疲劳裂纹。

预制疲劳裂纹开始时，最大疲劳载荷应使应力强度因子的最大值不超过K1C的80%, 疲劳载荷的最低值应使最低值与最小值之比在-1与0.1之间。在疲劳裂纹扩张的最后阶

段，至少在2.5%a的扩展中，应当减少最大载荷或位移，使疲劳应力强度因子的最低值

K fmax w 0.6K 1c, K fmax/E<0,0032m 1/2。同时调整最小载荷或位移，使载荷比乃在-1~0.1之间。

其方法是：先用线切割机在试样上切割0.14m长的机械切口，然后在疲劳试验系上使试样承受循环变应力，引发尖锐的疲劳裂纹，约为0.01m。，观察裂纹是否长到刻线

处。预制疲劳裂纹时，应仔细监测试样两侧裂纹的萌生情况，避免两侧裂纹

三、试样尺寸测量

1、试件厚度应在疲劳裂纹前缘韧带部分测量三次B i, B2, B3,取其平均值作为B=

(B i+B2+B3)/3。测量精度要求0.02mm或0.1%B，取其中较大者记录。

2、试件高度应在切口附近测量三次W i, W2,W3,取其平均值作为W=( W i+W2+W3)/3，测量精

度要求0.02mm或0.1%W，取其中较大者记录。

四、实验程序

1、在试件上粘贴刀口以便能安装夹式引伸计，刀口外线间距不得超过22mm，安装夹式引

伸计时要使刀口和引伸计的凹槽配合好；

2、将试样按图2 —3装置安放好

图2三点弯曲试样试验装置示意图

3、标定夹式引伸计；

4、开动拉伸机，缓慢匀速加载，直至试样明显开裂，停机。曲线上记录下载荷和刀口张开位移之

间的曲线；

5、取下夹式引伸计，开动引伸机，将试样压断，停机取下试样；

6、记录试验温度和断口外貌。

2

(一) (1) 确定条件临界载荷

Pq

P-V 曲线如图3所示一般分为三 种类型，即稳定扩展型I,局部 扩展型n 和失稳扩展型川。在 P -V 曲线上要确定裂纹长度的 表观扩展量为 2%的载荷即Pq ,而 2%的裂纹扩展量对应的裂纹嘴 张开位移的相对增量为

5%。

确定Pq 的方法如下：过原点作直

对于稳定扩展型 Pq=P 5。要求 Pmax / Pq (2) 测量裂纹长度

裂纹长度a 用工具显微镜或其它精密测量仪器测量。 图4为试件断口示意图，考虑到裂纹前缘的不平直，规定 在1/4B ; 1/2B ; 3/4B 位置上测量裂纹长度 a 2, a 3, a 4取其平

均值a (a 2

a 3

a 4)/3作为裂纹长度。要求a 2, a 3, a 4

任意两个测量值之差都不得大于 a 的10 %，而且a i 、、，a 5之

差也不得大于 a 的10 %。 (3)

计算条件断裂韧度 Kq 及有效性检验

将条件临界载荷 Pq 和裂纹长度a 代入K I 表达式计算条 件断裂韧度 Kq ,并对Kq 进行有效性检验。

有效性条件如下：

2

(a ) B 2.5( K q / 0.2)

2

五、 实验结果处理 线0A 使0A 勺斜率为P-V 曲线初始直线斜率的 95 %，直线与 P-V 曲线的交点对应的

载荷为P 5。

对于失稳扩展型，其

Pq= Pmax ;样断

对于局部扩展型，若

P 5点前有载荷峰值大于 P 5,则这个峰值为 P q ； 1.1 ,否则试验无效。

I]

0[

：计局部扩展型

就

稳定扩展型

失稳扩展型

图3典型P-V 曲线

a 2.5( K q / 0.2)

W a 2.5( K q / 0.2)

2

（b）P max/P q 匸1

（C）K f max 60%K q

（d）a2-a3、a3-a4、a4-a2V 10% a; a i-a5V 10 % a。

由各项均满足要求，则Kq= K IC，否则试验结果无效。

（二）

1、从记录的P-V曲线上按规定来确定P Q值；

1）求P- V曲线直线段的斜率b:

根据P- V曲线图形找出直线段的P、V数据-T任选一空白单元格-T点击fx （插入函数）-T选统计函数SLOPE（确定）-T X选直线段的V数据区；丫选直线段的P数据区，（确

定）-T单元格显示该斜率b。

2）作直线，其斜率b o.95 = P- V曲线直线段斜率b的95%:

选一空白单元列作为丫0.95数据列-T计算直线各点的丫坐标值即：丫0.95 =各点V值X b o.95并填入丫0.95数据列-T选中图表-T选原数据菜单-T添加新系列-T X直仍选V 数据区；丫选丫0.95数据区（确定）

3）直线与P-V曲线的交点即为P5点。

4）P q值应当满足Pmax/ Pq 1.1，否者实验无效。

2、裂纹长度用读数显微镜测出五个读数a1、a2、a

3、a4和a5，如下图，取中间三个读

数平均值a=1/3（a2+a3+a4）；

3、根据测得到a和W值，计算a/W值（精确到千分之一），f（a/W）数值查表或计算。