92194-断裂韧度实验-3

试件尺寸
为了满足平面应变状态，要求试样厚 度B ≥ B0， 对每种材料均作出Kc-B曲线来确 定B0是不可能的。B0确定（ASTM）：
B0 2.5(KIc / s )2
B B0
为了满足线弹性条件，试件的裂纹长 度、韧带尺寸同时满足：
a 2.5(Kq / y )2
W a 2.5(Kq / y )2
金属材料断裂韧度 测试的基本原理
定义
疲劳裂纹扩展特性：
25
20
15
a
系列1
10
5
0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
N
定义
疲劳裂纹扩展特性： 三个阶段：
低速扩展阶段、 中速扩展阶段、 快速扩展阶段 两条渐近线： 裂纹扩展门槛值 材料的断裂韧度
Kc Pc F (ac )
测试原理 为了测定KIc值，需要对带有裂纹的试
件进行拉伸或弯曲试验，使裂纹产生Ⅰ型 扩展。
采用合适的含裂纹试件，在试验机上加 载，其应力强度因子KI可概括为如下形式：
K P F(a)
Kc Pc F (ac )
在理想平面应变条件下，裂纹前缘处 的材料处于三向拉伸应力状态，只要裂纹 一开始扩展，就会导致失稳断裂，也就是 说，开裂点即为失稳点，临界裂纹长度ac 等于初始的裂纹长度a。
由于试件表面附近平面应力状态的影 响，裂纹开始扩展后经过一个较短的稳定 扩展阶段才失稳断裂，开裂点并非失稳点。
为消除侧表面附近平面应力状态所造 成的塑性影响以测得作为材料常数的Kic， 在KIc试验方法中,对于明显地存在裂纹稳 定扩展阶段的情况，
Pc：取裂纹等效扩展2%所对应的点（条 件开裂点）作为临界点来确定Pc
定义
材料的断裂韧度：
K Kmax Kmin Kc (1 R)
Kc:材料的断裂韧度， 代表的是材料抵抗 裂纹失稳扩展的能 力。
定义
对于I型裂纹，Kc随着试样厚度而变化。
当B≥B0，断裂韧度不再随厚度变化，裂纹尖端附近 的材料处于平面应变状态，此时KIc 为平面应变断裂 韧度。显然，KIc为材料常数。
这样，使得a、W-a均远大于塑性区宽度。
对于C（T）试样：
B 2.5(KIc / s )2
a 2.5(KIc / y )2
W a 2.5(KIc / y )2
得到：
a 0.5W W/B2
疲劳试验
设计试件时，由于KIc的值尚未测出， 需要预先估计KIc的值。
若可估计，为确保试验结果有效，估 计值尽量取得稍大一点。
ac：近似地采用初始裂纹长度a,可从断开 后的试件断口上量出
Pc的确定：
试验中自动记录载荷P随试件切口边缘 （裂纹嘴）处两个裂纹表面的相对位移V 的变化曲线，即P-V曲线，以对初始线性 段斜率下降5%的割线与P-V曲线交点处 对应的载荷P5作为取得Pc的依据。
若：Pmax＜P5，则取Pc = P5，临界载 荷大致对应于裂纹产生2%的等效扩展
若：Pmax≥P5，则取Pc = Pmax，接近于 理想平面应变状态
试件形式
为了测量金属材料的断裂韧度KIC，需要 满足三个条件：
1）I型裂纹 2）平面应变状态 3）线弹性 形状、裂纹形式及加载形式不受限制。
四种试件形式：有C(T)试样（紧凑拉 伸）、TPB试样(三点弯)、C形拉伸、圆 形紧凑拉伸。
0.8
0.002W A
0.8
an
a
W±0.005W
1.25W±0.01W
0.002W A
0.6W±0.005W 0.275W±0.005W
0.275W±0.005W
AБайду номын сангаас
0.6W±0.005W
C
B 0.002W A 0.002W A
U形夹具：
疲劳试验
疲劳试验
U形夹具： 夹具上的孔不是圆孔，上半部 呈半
圆形，下半部是两个半圆之间有一个 微小的平台。这种设计是为了使销子 在加载时可以随试样一起产生水平方 向的位移分量，保证裂纹自由张开。
作业：
疲劳试验
查询相关标准 设计试样
若不可估计：
s /E
疲劳试验
裂纹预制切口的要求 刀口：
缺口的类型：
疲劳试验
直通形缺口：
疲劳试验
af≥1.3mm 且 af≥0.025W
a= a0+af = 0.45W ～0.55W
N〉1.6mm 切口根部半径足够小，〈0.08
2-0.25W +0.05 0
0.002W A
0.002W A