92660-断裂韧度实验-实验报告模板
实验 平面应变断裂韧度K1c的测定(实验报告)
4、试件粗加工和热处理后，再进行精加工，其最后尺寸和表面光洁度严格按GB4161-84规定。
5、小试样用线切割机制出切口，切口根部圆弧半径小于0.08mm。
(二)预制疲劳裂纹：
为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹，使得到的K1C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。其方法是：先用线切割机在试样上切割8mm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2mm。
5、数据分析：
将所得数据进行有效性校核，满足如下校核条件：
1)任一处的疲劳裂纹长度均大于2.5%W=0.52mm，且大于1.5mm；
2)a2、a3、a4中最大裂纹长度为a3=10.17mm与最小裂纹长度a4=9.75mm之差等于0.42mm，小于2.5%W=0.52mm；
3)表面处裂纹长度a1、a5分别为10.13mm、9.75mm都大于平均值a的90%(=9.06mm)；
预制疲劳裂纹时，应仔细监测试样两侧裂纹的萌生情况，避免两侧裂纹不对称发展。
(三)测定条件
1、试件厚度应在疲劳裂纹前缘韧带部分测量三次，取其平均值作为B。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，取其平均值作为W，测量精度要求0.02mm或0.1%W，取其中较大者记录。
将试件打磨一遍，去掉表面油垢。在中心机械切口两侧各7.5mm处划线，用以标记放在疲劳试验机上；分别在两侧的机械切口前沿2mm处划线，用以观察其后疲劳裂纹生长到此线。将高频疲劳机的静载(平均应力)设为1.25T，动载(应力幅)设为0.75T，频率为100Hz，平均振动90多万次后，观察裂纹是否长到刻线处。
断裂韧性实验指导书
实验一系列冲击实验一、实验目的：1.学习低温温度下金属冲击韧性测定的操作方法；2.测定温度对金属材料冲击韧性的影响，掌握确定金属材料的脆性转化温度T k的方法。
二、实验原理：本实验按冲击试验的最新国家标准GB/T229-1994进行。
用规定高度的摆锤对处于简支粱状态的缺口试样进行一次性打击，可测量试样折断时的冲击吸收功A k。
（A k除以试样缺口处截面积得冲击韧性值a k）。
为了表明材料低温脆性倾向大小，常用方法就是测定材料的“韧脆转化温度”。
一般使用标准夏比Ｖ型缺口冲击试样测定。
根据不同温度下的冲击试验结果，以冲击吸收功或脆性断面率为纵坐标，以试验温度为横坐标绘制曲线见图1。
韧脆转变温度确定方法：a. 冲击吸收功－温度曲线上平台与下平台区间规定百分数（n）所对应的温度，用ETT n表示。
如冲击吸收功上平台与下平台区间50%所对应的温度记为ETT50（℃）。
b. 脆性断面率－温度曲线中规定脆性断面率（n）所对应的温度，用FTT n 表示。
如脆性断面率为50%所对应的温度记为FTT50（℃）。
用不同方法测定的韧脆转变温度不能相互比较。
三、在不同温度下作冲击试验，可以得出典型的A k-T曲线和脆性断面率曲线（见图1）。
冲击吸收功曲线可近似的分为三部分：（1）温度较低，冲击值变化不大，平行横坐标的低A k值部分，称下平台，对应断口为脆性的结晶状；（2）温度较高，高冲击值部分，称为上平台，对应断口为韧性的纤维状；（3）中间部分A k值在上下平台的范围内，变化较大，且分散，对应断口为混合状（结晶状+纤维状断口）。
脆性断面率曲线与上述曲线相反，（1）温度较低，断面率高的部分，断口为脆性的结晶状；（2）温度较高，断面率低的部分，断口为韧性的纤维状；（3）中间部分在室温以下温度范围内，断口为混合状（结晶状+纤维状断口）。
根据图1的两条曲线，可以定出冲击吸收功上平台与下平台区间50%的韧脆转变温度ETT50（℃）和脆性断面率为50%的韧脆转变温度FTT50（℃）。
材料断裂韧性 的测定
• ④试样跨距：S=4W±2mm
注：①由于这些尺寸比塑性区宽度R0大一个数量级，所以可以 保证裂纹尖端是平面应变和小范围屈服状态。
②试样材料、加工和热处理方法也要和实际工件尽量相同， 试样加工后需要开缺口和预制裂纹。
四、三点弯曲实验装置实验图
如图所示
五、实验方法及步骤
本实验是用带有预制疲劳裂纹的缺口试样，在三点弯曲或拉 伸下自动记录载荷P（F）及裂纹嘴的张开位移V，然后按一定的 方法在记录的P(F)-V曲线上求出裂纹长度的表观扩展量为2%的 载荷，将此值载荷：测量B、S、W。 2、安装试样 3、选择好加载速率，使 K I 增加的速率为1000-2000 MPa m / min MPa m 若估算试样的 K IC 值约2500 ，则可以在0.5-2.5min 内加载到断裂。 4、开机加载，加载速率要均匀，直至断裂。在F-V曲线上标出 初始载荷和断裂载荷。 5、测量裂纹尺寸和实验结果的处理。
其中Fmax为F-V曲线上 Fq 一最大载荷。 若 K 满足以上两个判据即就是 K 。否则就必须加大试样 Q IC 尺寸而重新做实验，新试样的尺寸至少应为原试样的1.5倍。
与强韧性的关系。
二、实验原理
裂纹扩展的3种基本形式：张开型（Ⅰ）裂纹扩展、滑开型 （Ⅱ）裂纹扩展、撕开型（Ⅲ）裂纹扩展 1、性弹性体的裂纹尖端部位的应力、应变场强度可以用强 度因子 K I 来描述。当 K I 值达到某一临界值时，裂纹即向前扩 展。由此可见该临界值的大小反应了材料抵抗裂纹扩展的能 力，该临界值是裂纹的扩展阻力。 2、当裂纹尖端附近处于三向应变时，这个阻力达到一个下 限值，而该下限值就为材料的平面应变断裂韧性 K IC 。 3、构件不发生脆断的K准则： K I < K IC
断裂实验
断裂是材料破坏主要形式之一。断裂破坏主要 与材料中裂纹的扩展有关。金属材料在生产、 加工和使用的过程中或多或少会在其内部留下 缺陷，这些缺陷就是一些微裂纹。在一定的外 部条件下，这些微裂纹就会扩展，形成宏观裂 纹，当宏观裂纹贯穿构件截面时造成结构或构 件的破坏。裂纹的扩展和许多因素有关，最主 要的因素是材料的本身的机械性能及所受的载 荷状况。这里介绍描述材料在平面应变下抵抗 裂纹失稳扩展能力度量的材料断裂韧度KIC的测 试原理和方法。
表：三点弯曲试样的
a/W
0.450 0.455 0.460 0.465 0.470 0.475 0.480
f(a/W)
2.29 2.32 2.35 2.39 2.43 2.46 2.50
a/W
0.485 0.490 0.495 0.500 0.505 0.510 0.515
f(a/W)
2.54 2.58 2.62 2.66 2.70 2.75 2.79
V
a
即裂纹相对扩展量da/a=2％时的点与裂纹嘴张开位移的相对增量dV/V=5％的 点对应。于是，只要在P～V曲线上找出dV/V=5％的点，便可获得条件临界 载荷的数值。 如果裂纹没有扩展，P～V曲线应为直线段，斜率为P/V；假定在某一载荷P下， 裂纹扩展了，P～V曲线将偏离初始线性段，则在同一载荷P下，裂纹嘴的张 开位移必然有一个增量dV，与此相对的P～V曲线中的割线斜率就应为 P/(V+dV)。当裂纹嘴的张开位移相对增量dV/V=5％时，该割线斜率的数值为
图4 断裂长度测量示意图 同时，还要求裂纹面应与B一W平面平行，偏差在 100以内，否则试验无效。
(3)有效性判断 (3)有效性判断
确定了裂纹长度a 和临界载荷的条件值PQ后，便可将其代入相应试样的KI 表达式进行计算，由此得条件断裂韧度KQ，至于KQ能否作为有效的KIC值， 还需要检验以下两个条件是否满足，即
断裂韧性实验报告
断裂韧性尝试真验报告之阳早格格创做随着断裂力教的死少，相继提出了资料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力教本能指标，补充了惯例考查要领的缺累，为工程应用提供了稳当的断裂判据战安排依据.底下介绍下那几种要领的尝试本理及考查要领.1、三种断裂韧性参数的尝试要领简介1. 1 仄里应变断裂韧度IC K 的尝试对付于线弹性或者小范畴的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态真足由应力强度果子I K 所决断.I K 是中载荷P ，裂纹少度a 及试样几许形状的函数.正在仄里应变状态下，当P 战a 的某一推拢使I K =IC K ，裂纹开初得稳扩展.I K 的临界值IC K 是一资料常数，称为仄里应变断裂韧度.尝试IC K 坚持裂纹少度a 为定值，而令载荷渐渐减少使裂纹达到临界状态，将此时的C P 、a 代进所用试样的I K 表白式即可供得IC K .IC K 的考查步调普遍包罗：（1） 试样的采用战准备（包罗试样典型采用、试样尺寸决定、试样圆背采用、试样加工及疲倦预制裂纹等）；（2） 断裂考查；（3） 考查截止的处理（包罗裂纹少度a 的丈量、条件临界荷载Q P 的决定、真验尝试值Q K 的预计及Q K 灵验性的推断）.1. 2 延性断裂韧度R J 的尝试J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端面附近天区应力应变场强度力教参量J 积分的某些特性值.尝试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的闭系： a B U J ∂∂-= （1-1）其中U 为中界对付试样所做形变功，包罗弹性功战塑性功二部分，a 为裂纹少度，B 为试样薄度.J 积分尝试有单试样法战多考查法之分，其中多试样法又分为柔度标定法战阻力直线法.但是无论是单试样法仍旧多试样柔度标定法，皆须先决定开裂面，而艰易正正在于此.果此，尔国GB2038-80尺度中确定采与画制R J 阻力直线去决定金属资料的延性断裂韧度.那是一种多试样法，其便宜是无须判决开裂面，且能达到较下的考查粗度.那种要领能共时得到几个J 积分值，谦脚工程本量的分歧需要.所谓R J 阻力直线，是指相映于某一裂纹真正在扩展量的J 积分值与该真正在裂纹扩展量的闭系直线.尺度确定测定一条R J 阻力直线起码需要5个灵验考查面，故普遍要58件试样.把按确定加工并预制裂纹的试样加载，记录∆-P 直线，并适合掌握停机面以使各试样爆收分歧的裂纹扩展量（但是最大扩展量不超出0.5mm ）.尝试各试样裂纹扩展量a ∆，预计相映的J 积分，对付考查数据做返回处理得到R J 直线.RJ阻力直线的位子下矮战斜率大小代表了资料对付于开裂战亚临界扩展的抗力强强.R J 阻力直线法尝试步调普遍包罗：（1） 试样准备①试样尺寸的采用准则：1）仄里应变条件：尺度确定)/(05.0s J B σα≥ （1-2）其中2）J 积分灵验性条件普遍05.0J J R ≥,当阻挡易预计a W -时，可用4.1)/(≥-a W B 供出 )(a W -的预计值②疲倦预制裂纹 ：为了包管得到尖端而笔直的裂纹，共时思量到J 积分考查对付象大多是中、矮强度资料，所使用的疲倦载荷不克不迭超出试样伸服载荷，免得爆收挠直塑性变形.（2） 断裂真验加载断裂考查可正在百般一般资料考查机上举止.试样的拆卡办法与三面蜿蜒试样蜿蜒试样尝试K时相似.正式加载前，先用矮于开裂IC载荷之值预加载二次，以使各拆卡位子交触良佳.而后按一定速度正式加载，共时记录∆-P直线.正在爆收预约裂纹扩展量a∆之后卸载停机，与下试样，用适合的要领，如氧化着色法，二次疲倦等使裂端扩展前缘留印后压断.注意二次疲倦时不得P超出极限载荷L P，免得裂端形maxf貌爆收偶变.（3）考查截止处理（包罗裂纹少度a的丈量、裂纹扩展量a∆的丈量、J值预计及R J直线的画制战J积分特性值的决定等）.R1.3． CTOD的尝试尔国国家尺度GB2358-94包罗单试样法战CTOD阻力直线法.单试样法是参照英国尺度教会DD-19所确定的要领去测定CTOD（简称δ），所测截止为开裂面的裂端弛开位移.而δ阻力直线与R J阻力直线要领类R似.所谓δ阻力直线是指相映于某一裂纹扩展量的δ值与裂纹扩展量a∆R的闭系直线，它不但能提供开裂抗力δ，而且能共时得到几个COD特i性值，以谦脚分歧条件的需要.δ直线自己也形貌了资料开裂后裂纹扩R展阻力的变更顺序，那正在评比资料战工艺品量及仄安分解圆里有着要害意思.共时，供做δ直线不妨省去决定开裂面的步调，那是Rδ直线R法劣良的圆里.通过考查直交准确天测得裂纹尖端弛开位移(CTOD)值非常艰易,且其定义还不统一.考查中,普遍采与三面蜿蜒试样的变形几许闭系,由裂纹嘴弛开位移去换算并供得CTOD 值δ.以三面蜿蜒为例,拜睹图1.1图1.1 COTD 考查本理图图中W 为三面蜿蜒试样的宽度,0a 为裂纹少度(包罗线切割的战预制疲倦裂纹少度),(W-0a )为韧戴宽度,刀心被用去拆置夹式电子引伸计,Z 为刀心薄度.p V 为裂纹嘴弛开位移塑性部分.本裂纹尖端处弛开位移的塑性部分记为p δ.假设正在塑性变形历程中,裂纹表面绕O 面做刚刚体转化.p r 称为转化果子,指正在试样塑性变形时转化核心到本裂纹尖端的距离与韧戴宽度((W-0a )的比值.假设三角形'OBB ∆与三角形'OFF ∆相似(塑性三角形假道),则：00P0()()p p p r W a a z V r W a δ-++=- (1-1) 即有：0P 00()()p p p r W a V r W a a z δ-=-++ (1-2)弹塑性情况下,δ可由弹性的e δ战塑性的p δ二部分组成,即:p e δδδ=+ (1-3)弹性部分e δ为对付应于载荷max P 的裂纹尖端弹性弛开位移,正在仄里应变情况下，对付三面蜿蜒试样,有：12PS I K BW = (1-4)则本裂纹尖端弛开位移δ为:2202I I P 00()(1-)2()p e p s p r W a K K V E r W a a zμδδδσ-=+=+-++ (1-5) 尝试COD 的尺度试样是三面蜿蜒试样，其形状共IC K 试样.多试样法所用试样个数共样为58个，考查历程中使各个试样加载到分歧裂纹扩展量a ∆后停机，测出停机时的荷载P 与位移P V ，代进公式（1-6）2202I I P 00()(1-)2()p s p r W a K K V E r W a a zμδσ-=+-++(1-6) 共样对付于三面蜿蜒试样,BS7448系列典型提议与p r =0.4,典型GB/T2358—1994提议与p r =0.44,典型JB/T4291—1999提议与介p r =0.45,而国家尺度迩去建正为p r =0.40共国际尺度及英国系列尺度一般.本报告按国家尺度GB2358-94确定p r 4.以上各式中:P 为载荷;S 为试样跨距;B 为试样薄度;S 为跨距;E 为资料的弹性模量;s σ为资料的伸服强度;μ为资料的泊紧比;p r 称为转化果子,p V 为裂纹嘴弛开位移塑性部分.由此，可得该试样停机时的δ，那个δ便是对付该当裂纹扩展量a ∆时的裂纹扩展阻力，记为R δ.对付每个试样不妨得到一对付（R δ，a ∆），58个试样可描画一条R δa ∆直线，此直线即为R δ直线. R δ直线尝试的普遍步调（与R J 阻力直线尝试类似）为：（1） 试样制备（包罗试样尺寸、疲倦预制裂纹）；（2） 断裂真验（记录P V 直线）；（3）考查截止处理（包罗数据处理战预计特性值等）.R2、仄里应变断裂韧度COD的尝试2.1 试样的采用与准备(1) 试样典型典型推荐采与三面蜿蜒试样睹图.试样典型的采用准则是根据资料根源、加工条件、考查设备以及考查手段的概括思量.图2.1 直3面蜿蜒(2) 试样尺寸尺度确定了三种尺度试样，并提议尽管采与薄度与本量构件相共的所谓齐薄试样，以使试样裂端与本量构件处于相共的拘束条件.那三种试样的主要尺寸闭系为：其中W为下度，B为薄度，a为裂纹少度，包罗机加工切心战疲倦裂纹少度之战，S为跨距.前二种试样用于工程结构仄安评比考查，第三种试样用于对付资料战工艺品量举止相对付评比考查.(3) 试样圆背采用金属资料普遍皆具备明隐的宏瞅各背同性，那是百般加工制制历程给资料里里化教身分、隐微构制的分集所戴去的目标性的截止.试样圆背采用应视考查手段战央供而定，比圆要评估本量工件的IC K ，便要模仿本量工件的加载及缝隙扩展目标.(4) 试样加工试样加工时，应特天注意使末尾磨削条痕目标笔直于裂纹扩展目标，起码不要使二者仄止.磨削之后便要开切心，暂时一致采与钼丝线切割.(5) 疲倦预制裂纹预制裂纹皆正在疲倦考查机上完毕.要预防裂纹尖端果荷载过下爆收较大的塑性区.对付于三面蜿蜒试样，应使裂纹总少度(0.450.55)a W ≈，其中疲倦裂纹的少度起码有1.5mm.疲倦激励裂纹时采与的最大疲倦载荷max P 应不大于f P .对付于三面直试样 200.5/f Y P Bb S σ=y σ—伸服应力(伸服面s σa,或者伸服强度0.2σ).MPa ；b σ—抗推强度，MPa;Y σ—灵验伸服强度，()/2Y y b σσσ=+,MPa ;2.2. 断裂考查步调考查普遍正在万能资料考查机上举止.以三面蜿蜒试样为例，试样拆置如图2所示.图 三面蜿蜒考查拆置示企图1—考查机上横梁；2—支座；3—试样；4—载荷传感器；5—夹式引伸计；6—动背应变仪；7—X—Y函数记录仪.图夹式引伸计构制及拆置1－试样 2－刀心 3－引伸计把测佳尺寸（B W和）的试样按确定小心拆夹坚韧.正在加载历程中，夹式引伸计战测力计得到的讯号通过搁大后输进X Y-记录仪，描画着力—弛开位移直线（P V-直线）.该当注意的有以下几面：（1）夹式引伸仪普遍皆该当根据尺度推荐要领自止制备；（2）夹式引伸仪战测力计应定期校核战标定，以包管考查截止的稳当性；（3）加载速度应包管应力强度果子的删少速率正在每分钟删少31至1553/2Bmm s；MN m范畴内，相称于0.2//（4）支座的轴辊要略能移动免得爆收过大的横背摩揩阻力做用考查截止；（5）央供断心与试样少度搁线基础笔直，偏偏好不克不迭大于010；（6）应瞅察战记录断心宏瞅形貌，剪切唇宽度与仄断心的百分比率.2.3 考查截止处理(1) 裂纹少度a的丈量按图所示沿着疲倦裂纹前缘战标记表记标帜出的裂纹稳态扩展区的前缘，正在其隔断的9面上丈量裂纹尺寸.(i=1,2,3,......9 )丈量仪器的粗度不矮于0.02 mm,按下式预计裂纹少度:图2.4 缝隙丈量示企图注：(0.01)/8N B B W =-(2)决定δ正在三面蜿蜒加载考查所得到的P —V 直线，大概有图中的几种情形图P V -直线正在图2.4(a)战(b)的情况下，与坚性得稳断裂面或者突进面所对付应的载荷c P 与位移pc V 预计c δ.如果做废爆收正在线性段附近，可按GB 4161丈量Ic K .正在图(e)的情况下，与最大载荷面或者最大载荷仄台开初面所对付应的载荷m P 与位移mp V 预计m δ.正在图2.4（c)战(d)的情况下，与坚性得稳断裂面或者突进面所对付应的载荷u P 与位移up V ，预计u δ，如果突进面是由于疲倦裂纹前缘的坚性得稳扩展受阻引起的，则应试虑被测资料的特性.考查后的断心考验，如最大突进裂纹扩展量已超出0. 040b ，可按下列步调估汁“小突进”旗号值.1）通过最大载荷面做BC 线仄止于OA 线.2）做BD 线仄止于载荷轴.3）位于0. 95BD 处做标记表记标帜E 4）做CEF 线5)相映于载荷位移的突进处做标记表记标帜G.6)当G 面位于角BCF 以中时，与载荷c P 或者u P 战位移c V 或者u V .预计c δ或者u δ，比圆图(a).7)当G 面位于角BC(b).图2.5 突进面示企图正在图2.4(a)(b)战(d)的情况下，不克不迭直交测定i δ值，若需要iδ值，可根据阻力直线去决定.R δ的预计要领—赢得需要的丈量数据后，采与下列公式预计本初裂纹尖端部位的弛开位移:式中:μ——对付普遍钢材与0. 3；E ——对付普遍钢材与52.0610MPa ⨯p r ——塑性转化果子，0.4(1)p r α=+.三面蜿蜒试样的0.1α=，即0.44p r =. 直3面蜿蜒试样:00.45/0.55a W ≤≤当S=4W时，直3面蜿蜒试样的Y值睹GB2358-94表1.3、三面蜿蜒考查测COD3.1 考查手段流利掌握测仄里应变断裂韧性的要领及步调.利用预制佳疲倦裂纹的试样测定金属资料的仄里应变断裂韧性. 3.2 考查设备考查设备包罗万能资料考查机及数据支集系统、夹式引伸计、游标卡尺等.3.3 考查试样的创制本次考查的试样为金属试样.金属试样由力教真验室提供，金属采与钼丝线切割预制疲倦缝隙.金属试样的中瞅大概如图所示：试样示企图3.4 考查历程（1）考查前先荡涤裂纹嘴二侧，用胶将刀心粘到试样上；（2）考查前用游标卡尺正在裂纹前缘韧戴部分丈量试件薄度B三次，丈量粗度到0.1%B或者0.025mm，与较大的二个预计仄衡值.正在切心附近丈量试样宽度三次，丈量粗度透彻到0.1%Ｗ或者0.025mm，与较大的二个预计仄衡值；（3）拆置三面蜿蜒考查支座，使加载线通过跨距S 的中面，偏偏好正在1%S ，而且试样与支启辊的轴线应成直角，偏偏好正在±2º以内； （4）将位移引伸计交进动背支集系统，正在加载试样之前，对付考查机及支集系统的X Y -直线调整；2mm/m ，以使I K 的删少速度不至太快；（6）加载到压断试样，如图3.3.与下F V -直线图举止分解处理. 图3.2 设备拆置图图3.3 试样压断图3.5 本初数据（1） 试件薄度B 战宽度W 的丈量由游标卡尺量测并处理，得到试件的薄度14.97B mm =，宽度为30.00W mm =.（4）考查机数据支集系统得到的数据图3.4 数据直线 图3.5 处理后的数据直线由上图可得P V -直线， 6 =ll mm l l lεε∆==∴∆⨯ 图3.6 P-V 直线（3）考查加载完毕后裂纹少度a 的丈量，裂纹断心睹图3.7.图3.7裂纹断心图 （单位：mm ）3.6 数据分解处理 （1） 裂纹少度a1）典型确定任性二面裂纹扩展量之间的好(不包罗近试样表面的二面)不超出0. 05W.且局部9个丈量面中最大战最小的裂纹扩展量之好不超出.2.780.32 2.460.05 1.5mm W mm -=≥=不切合央供2）所有试样的本初裂纹少~0. 55W 范畴内.0/12.15/30.000.405a W ==不切合央供.综上本次真验数据无效. （2） pc P V c 和的决定考查所得的P V -直线如图所示.正在考查历程中，不妨瞅到试件正在加载后期基础不塑性阶段，正在到达疲倦裂纹后赶快爆收得稳损害.属于图2.4中a)坚性损害情况.对付于得到的数据，初初阶段的数据忽略，果为那段时间属于利用液压与消自沉的关节，所以得到的位移是背值而且去回震荡，且坐标轴的校整也有做用，不本量参照价格.为了获与弹性阶段的斜率，瞅察直线，不妨收当前P 0至16.00KN 之间时直线趋于直线.利用matlab 步调拟合得到下图3.8.得pc P =16.49KN V 7.5c m μ= （3）c δ的预计根据以上所得数据预计COD.（为了使预计不妨举止，0/0.45a W =）.根据0/0.45S=4W a W =且查典型表1得Y=9.14.试件的薄度14.97B mm =，宽度为30.00W mm =又0.3μ=；对付普遍钢材与52.0610E MPa =⨯；塑性转化果子0.44p r =；850s MPa σ=.预计得2202I I P 00()(1-)0.8512()p s p r W a K K V mm E r W a a zμδσ-=+=-++有前里可知该截止是无效的. 3.7真验归纳真验测得的COD 无效，其本果很多：（1）金属试样疲倦裂纹的预制存留问题引导试样断裂后断心不典型.（2）黏揭刀心存留人为缺面.σ不过表里上的数据，并不干真验，所以sσ的准确度（5）s有待考究；（6）其余果素比圆冶金品量、各背同性、晶体结构、回火温度、隐微结构以及介量腐蚀等，对付考查截止制成的做用较为搀纯（7）试样的尺寸是有做用的，跨度战宽度之比为4，宽度战薄度之比应为2，本量的数据去瞅是不谦脚央供的，引导测出的值得集型较大，不切合央供；（8）正在资料制备的历程中，大概会掺纯其余合金元素，对付资料制成的做用纷歧，即大概是正里的做用，也大概是反里的做用.正在断裂韧性COD尝试考查中，尔认识了ISTRON3367资料力教考查机，尝试的所有历程也皆相识了.那锻炼了尔正在资料本能真验中的本量支配本领，正在此共时也体验到了共组共教相互协共、团队意识的要害性.正在数据处理历程中，通过决定测定临界裂纹少度a、预计条件断裂韧性a及推断其灵验性，尔对付Matlab有了进一步的相识，并教会了怎么样利用数据及P~V直线图去预计δ.通过那次真验，尔进一步加深了断裂韧性的定义及其相闭表里知识.。
材料平面应变断裂韧度测试的实验报告()
飞行器设计实验Ⅱ材料平面应变断裂韧度测试实验报告姓名：学号：任课教师：分组：实验地点：实验时间：2014年 4 月10 日一.实验目的:1．理解断裂韧度的概念和作用。
2．掌握平面应变断裂韧度的测量原理和方法。
3．理解试验件设计和数据处理的关键要点。
二.实验原理：本方法使用预制疲劳裂纹试样通过增加力来测定金属材料的断裂韧度（）。
力与缺口张开位移可以自动记录，也可以将数据储存到计算机。
根据对试验记录的线性部分规定的偏离来确定2% 最大表观裂纹扩展量所对应的力。
如果认为试验确实可靠，值就可以根据这个力计算。
而表征了在严格拉伸力约束下有尖裂纹存在时材料的断裂抗力。
这时：a) 裂纹尖端附近的应力状态接近于平面应变状态；b) 裂纹尖端塑性区的尺寸比裂纹尺才、试样厚度和裂纹前沿的韧带尺寸要足够小。
如图2.1所示，断裂韧性随试件厚度的增加而减少，超过一定的厚度后，断裂韧性趋于一个下限值而保持不变。
图2.1 断裂韧性随试件厚度的变化曲线测量断裂韧性的方法一般有三点弯曲和紧凑拉伸两种实验方法，这里我们采用紧凑拉伸方法，其试验件形式如下图2.2所示。
图2.2 紧凑拉伸试样图按照GB/T4161-2007，只有试样厚度（B ）和裂纹长度（a ）以及韧带尺寸（W-a ）均满足公式2-1、公式2-2和公式2-3时，试验结果才是有效的。
由于不能提前保证满足这种要求，因此，最初试验采用的试样尺寸应该是保守的，如果材料的形状不能同时满足公式2-1、公式2-2和公式2-3的要求时，则不能按照本方法进行有效的测定。
平面应变2IC S 2.5K B σ⎛⎫≥ ⎪⎝⎭2-1 小范围屈服2IC S 2.5K a σ⎛⎫≥ ⎪⎝⎭2-2 ()2IC S 2.5K W a σ⎛⎫-≥ ⎪⎝⎭ 2-3 宽度(W) 通常是厚度(B)的两倍，即W ：B=2:1。
裂纹长度在0. 45W ~0. 55W 之间,，取裂纹长度a=0.5W 。
而已知：IC S 40MPa m =330MPa K σ≈ 2-4 则代入公式2-1、公式2-2和公式2-3，得： 2B 2.536.7,36.7,36.7mmB=40mm W=80mm a=40mm Ic s K mm a mm W a σ⎛⎫≥≈ ⎪⎝⎭≥-≥令，则，按照GB/T4161-2007，缺口宽度应该在0.1W内，且应该大于1.6mm，则取为4mm。
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
实验报告材料的断裂强度测定方法及其在工程中的应用研究
实验报告材料的断裂强度测定方法及其在工程中的应用研究概述材料的断裂强度是评估其抗拉强度和韧性的重要指标之一。
本篇实验报告研究了断裂强度的测定方法，并探讨了该方法在工程中的应用。
一、实验目的本实验的目的是探究材料的断裂强度测定方法，并研究其在工程中的实际应用。
二、实验材料和设备1. 材料：选择合适的实验材料，如钢材、塑料等。
2. 设备：拉力测试机、扫描电子显微镜(SEM)等。
三、实验方法1. 样品制备：根据实验要求，制备适当尺寸的试样。
2. 剪切测试法：将试样放入拉力测试机，施加连续均匀的脉冲负载，记录试样的断裂强度。
3. 断面分析：将断裂试样的断面进行扫描电子显微镜(SEM)观察，分析断口特征和裂纹形态。
四、实验结果与分析通过实验测定得到了各个材料的断裂强度数据，并通过断面分析获得了相关的断口形态和裂纹分布情况。
根据实验结果，进一步分析了各种材料的断裂性能和适用范围。
五、实验应用1. 工程结构设计：通过测定材料的断裂强度，可以为工程结构的设计提供参考依据，确保结构的稳定性和安全性。
2. 材料选型：根据不同应用场景的需求，选择合适的材料，避免因断裂强度不足导致的事故和质量问题。
3. 工艺改进：通过对材料断裂强度的测定和分析，可以帮助工程师改进相关加工工艺，提高材料的性能和质量。
六、结论本实验通过断裂强度测定方法研究了材料的断裂性能，并探讨了该方法在工程中的应用。
通过实验结果与分析得出，断裂强度测定方法可以为工程结构设计、材料选型和工艺改进等方面提供有效的参考，具有重要的实用价值。
总结本篇实验报告介绍了材料的断裂强度测定方法及其在工程中的应用研究。
通过合适的实验方法和设备，可以准确测定材料的断裂强度，并根据实验结果进行相关分析。
该方法在工程中具有广泛的应用前景，并能为结构设计、材料选型和工艺改进等领域提供有力支持。
实验报告的研究成果为材料科学和工程技术的发展做出了一定的贡献。
西安交通大学材料力学性能试验报告——断裂韧性
材料力学性能实验报告姓名: 班级: 学号: 成绩:
K的测定
实验名称实验六断裂韧性
1C
实验目的了解金属材料平面应变断裂韧性测试的一般原理和方法。
实验设备 1.CSS-88100万能材料试验机；
2.工具读数显微镜一台；
3.位移测量器；
4.千分尺一把；
5.三点弯曲试样40Cr和20#钢试样各两个。
试样示意图
图1 三点弯曲试样
由于三向应力的存在，使得裂纹扩展区域的位错运动困难，受到更大的摩擦力，从而塑性变差，更易发生脆断。
附录一:
断裂韧性试验中断口照片:
附录二:
%根据试验的数据画P-V 曲线的matlab 程序
%在运行程序之前, 需要将数据导入到matlab 中: “File ”|“Import Data ” (a)试样01的断口图 (b)试样02的断口图
图7 40Cr800℃淬火+100℃回火断口图
(a)试样412的断口图 (b)试样415的断口图
图8 20#退火态试样的断口图
图3 40Cr800℃+100℃回火试样01的P-V 曲线
0.5
1.5
2.5
4
变形/mm
力/N
图4 40Cr800℃+100℃回火试样02的P-V 曲线
4
变形/mm
力/N
变形/mm
力/N
图5 20#钢退火态试样412的P-V 曲线
变形/mm 力/N
图6 20#钢退火态试样415的P-V 曲线。
断裂韧性实验报告材料
断裂韧性测试实验报告随着断裂力学的发展，相继提出了材料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力学性能指标，弥补了常规试验方法的不足，为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据。
下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法。
1、三种断裂韧性参数的测试方法简介1. 1 平面应变断裂韧度IC K 的测试对于线弹性或小围的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态完全由应力强度因子I K 所决定。
I K 是外载荷P ，裂纹长度a 及试样几何形状的函数。
在平面应变状态下，当P 和a 的某一组合使I K =IC K ，裂纹开始失稳扩展。
I K 的临界值IC K 是一材料常数，称为平面应变断裂韧度。
测试IC K 保持裂纹长度a 为定值，而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态，将此时的C P 、a 代入所用试样的I K 表达式即可求得IC K 。
IC K 的试验步骤一般包括：（1） 试样的选择和准备（包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲劳预制裂纹等）；（2） 断裂试验；（3） 试验结果的处理（包括裂纹长度a 的测量、条件临界荷载Q P 的确定、实验测试值Q K 的计算及Q K 有效性的判断）。
1. 2 延性断裂韧度R J 的测试J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量J 积分的某些特征值。
测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系：a B U J ∂∂-= （1-1） 其中U 为外界对试样所作形变功，包括弹性功和塑性功两部分，a 为裂纹长度，B 为试样厚度。
J 积分测试有单试样法和多试验法之分，其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法。
但无论是单试样法还是多试样柔度标定法，都须先确定启裂点，而困难正在于此。
因此，我国GB2038-80标准中规定采用绘制R J 阻力曲线来确定金属材料的延性断裂韧度。
这是一种多试样法，其优点是无须判定启裂点，且能达到较高的试验精度。
断裂韧性学生报告
断裂韧性K IC 的测定一、 试样尺寸与制备参照《金属材料平面应变断裂韧度试验方法》GB4164-84，试验采用标准三点弯曲试件，如图一所示。
图一L ─ 试件长度 W ─ 试件高度 S ─ 试件跨度 B ─ 试件厚度 a ─ 裂纹长度（机切裂纹、疲劳裂纹）预制裂纹先用线切割加工宽度小于0.13mm 的切口，然后用高频疲劳试验机预制长度大于1.3mm 的疲劳裂纹，使裂纹有足够的尖锐度。
裂纹总长a 在 (0.45～0.55)W 之间 。
二 、测试方法1．仪器设备a.力传感器 ；b.夹式引伸仪 ；c.动态应变仪 ；d.万能材料试验机 ；e. 标准刀口；图二图二2．测试方法测试装置如图二所示。
安装好三点弯曲试件，在试样的裂纹两侧安装上夹式引伸仪，以测量裂纹嘴张开位移V ；有载荷传感器测量载荷P Q 。
载荷信号及裂纹嘴张开位移信号经数据采集系统输入计算机。
在加载过程中，可连续记录 P-V 曲线。
由P-V 曲线便可定出临界载荷P Q 。
试件压断后测定试件断口的裂纹长度a ，就可求得材料的断裂韧性K IC 值.B(1)(2) 三、 实验结果的处理由于材料性能及试样尺寸不同,实测工程材料的P-V 曲线有三种基本类型，如图三所示。
Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型图三1、临界载荷P Q 的确定a.Ⅰ型P-V 曲线： P Q = Pmaxb.Ⅱ型P-V 曲线： P Q =P 5之前的最大载荷c. Ⅲ型P-V 曲线： P Q =P 5采用割线偏解法从P-V 曲线确定P Q 。
先从原点O 作相切于初始直线段OA ，过点再作等于OA 斜率95%的割线OB ，割线OB 与P-V 曲线交点的纵坐标值则为临界载荷P Q 。
2、测定试件断口的裂纹长度a试样压断后，测量试样断口的裂纹长度a 。
由于裂纹前沿程弧型，规定测1/4B 、1/2及3/4B 三处的裂纹长度a 2 、a 3、 a 4，取平均值作为裂纹长度a 。
3、计算断裂韧性K IC 值：下表给出了由（2）式建立的 a/w —f (a/w)对应值，可直接查表得f (a/w) ABPmaxPma xPmax =⎪⎭⎫ ⎝⎛=W af BW SP K Q I 23322221)1)(21(2)]17.293.315.2)(1)((99.1[)(3Wa W a W a W a W a W a Wa W a f -++---=⎪⎭⎫ ⎝⎛把相应得试件尺寸、P Q 及f (a/w)代入裂纹尖端应力强度因子的表达（1） 既可求得K IC 值。
92657-断裂韧度实验-综合实验-06热环境强度
实验名称：高速飞行器结构热强度实验教学目的和任务：本课程包括学习了解高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验的目的意义，高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验的原理与方法，瞬态气动热模拟实验系统的组成与热-力学参量的测试，高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验实施等内容。
要求学生通过本课程学习，了解高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验的基本知识和实验测试的基本原理，学习试验数据的处理方法，学习实验系统的组成与热参量的测量以及实验设备的使用方法。
锻炼和提高学生的在试验方面的动手能力和独立从事科研工作的能力。
教学内容及学时安排：本课程包括的基本内容为讲解基本原理试验方法、试验操作、学生动手试验。
主要有：1. 高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验的目的意义，结构热试验的特点，分类，热试验的作用和地位。
结构热试验的方法。
（10学时）2. 高速飞行器结构高温红外辐射加热控制系统的组成与基本原理,热流密度、测温传感器等高温热参量的测试方法及数据采集系统的构成。
热电偶式温度测量传感器的制做与安装。
（10学时）3. 高速飞行器结构载荷控制系统的组成与基本原理。
力，位移，应变传感器等参量的试验测试方法及热-力联合试验的实现方法。
（10学时）4. 某高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验的实现。
（10学时）课内外教学环节及基本要求：教学方式包括基本原理的讲解、试验操作等。
考核方式及成绩评定：平时表现和实验报告40%，考试60%。
教材和参考资料：教材：[1]结构热试验技术. 张钰. 宇航出版社, 1993.参考资料：[1]结构静力试验技术. 魏生道. 宇航出版社, 1988.[2]传感器及其应用. 孙肖子. 电子工业出版社, 1996.[3]卫星环境工程和模拟试验. 柯受全. 宇航出版社, 1993.其它：实验报告提纲实验名称：高速飞行器结构热强度实验一、高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验的目的意义二、高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验的原理与方法三、瞬态气动热模拟实验系统的组成与热参量的测量四、某型高速飞行器结构瞬态气动热模拟实验实施。
92192-断裂韧度实验-4
疲劳试验
疲劳试验
尺寸测量 厚度：从疲劳裂纹顶端至试样的无缺口边，沿
着预期的裂纹扩展线，在三个等间隔位置处进 行测量，取均值。 宽度：从缺口外边缘到相对的试件侧面，在缺 口附近三个位置上进行测量，然后减去缺口边 至加载孔中心线的距离，取均值。
疲劳试验
疲劳裂纹预制： 裂纹要求:
a= a0+af = 0.45W ～0.55W af≥1.3mm 且 af≥0.025W
Instron8801 电液伺服疲劳试验机
读数精度
为1mm
裂纹测量设备
疲劳试验
JX13C 万能工具显微镜
试验件
0.8
2-0.25W +0.05 0 0.002W A 0.002W A
疲劳试验
0.002W A
0.6W±0.005W 0.275W±0.005W
0.275W±0.005W
A
0.6W±0.005W
(a WW
)(0.886
4.64a
/W
13 .32 a 2 (1 a /W
/W )3/ 2
2
14.72a3
/W
3
5.6a 4
/W
4
)
a/W = 0.450~0.550所对应的f(a/W)值可查表
相关研究
疲劳试验
✓ 试样
疲劳试验
作业：
加工试件
开始撰写实验报告
疲劳试验
同时采用目测法和柔度法进行裂纹 长度的测量。
疲劳试验
疲劳裂纹预制： 载荷给定:采用载荷控制，正弦波加载
预制开始时，最大疲劳载荷应使得 应力强度因子的最大值不超过80%KIc。
应力比R取-1- 0.1之间。 预制循环数在104-106之间。 当裂纹扩到标线位置时，降低最大 载荷，使得应力强度因子 Kfmax<60%Kq, 同时Kfmax/E < 0.01mm1/2
铝合金断裂韧度实验
铝合金断裂韧度实验一、试样制备在铝合金断裂韧度实验中，试样的制备是非常重要的一环。
首先，我们需要选择适当的铝合金材料，并根据实验要求制备成标准的试样尺寸和形状。
试样应具有足够的代表性，能够反映材料的真实性能。
在制备过程中，应保持清洁，避免污染，同时要保证加工精度，防止因加工缺陷对实验结果产生影响。
二、加载设备实验中使用的加载设备应能够提供稳定的加载条件，确保实验结果的准确性。
常用的加载设备有拉伸机、压力机等。
这些设备能够在预设的载荷范围内对试样进行加荷，并记录实验过程中的力和变形数据。
在实验前，应对加载设备进行校准，确保其性能稳定可靠。
三、观察裂纹在铝合金断裂韧度实验中，观察裂纹是关键的一步。
当试样在加载过程中出现裂纹时，应及时记录下来。
为了更准确地观察裂纹，可以使用光学显微镜或电子显微镜等设备。
通过观察裂纹的形态、大小和扩展方向，可以了解材料的断裂机制和韧性性能。
四、测量韧性值韧性值是评价铝合金材料韧性的重要指标。
在实验中，可以通过测量试样的吸收能量来计算韧性值。
具体方法是将试样在特定条件下进行冲击或弯曲，记录其吸收的能量。
通过比较不同试样的吸收能量，可以得出材料的韧性性能。
在测量过程中，应保证实验条件的稳定性和一致性，以获得准确的实验结果。
五、结果分析最后，对实验结果进行分析和总结。
将实验数据与理论值进行比较，分析误差原因，并提出改进措施。
通过分析裂纹的形态和韧性值的变化趋势，可以深入了解铝合金材料的断裂机制和韧性性能。
这有助于优化材料配方、改进加工工艺和提高产品质量。
总之，铝合金断裂韧度实验是评估材料性能的重要手段。
通过精心制备试样、选择合适的加载设备、仔细观察裂纹、准确测量韧性值和深入分析结果，我们可以获得准确的实验结果，为材料的研究和应用提供有力支持。
92662-断裂韧度实验-金属材料断裂韧度测试实验 11051081 梅鹏
综合实验课报告金属材料断裂韧度测试实验学院名称航空科学与工程学院专业名称强度设计学生姓名梅鹏指导教师时新红2014 年 6 月北京航空航天大学综合实验课报告第I 页目录1引言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 现有的研究方法 (2)1.3 实验目的和内容 (3)2 实验仪器和设备 (6)3 实验材料和试件 (7)4 实验结果分析 (7)5 结论 (9)6 实验总结、建议或感想 (9)7 参考文献 (10)1 引言1.1 研究背景及意义1829年，德国矿业工程师首先开展金属疲劳的最初研究。
对铁制作的矿山升降机链条进行反复弯曲试验。
随着金属构件在铁路桥梁中的使用，研究金属疲劳的兴趣开始提高。
A.Wohler在1852-1869年期间，对疲劳破坏进行了系统的研究。
发现强度远远低于他们的静载强度，提出了应力幅-寿命来描述疲劳行为，提出疲劳耐久极限的概念。
20世纪初期，人们在使用各种材料尤其是金属材料的长期实践中，观察到大量的断裂现象。
Griffith以材料内部存在缺陷的观点为基础，提出在一定条件下，微小缺陷或裂纹将失稳扩展，导致材料或结构的破坏。
下面举例说明：1.彗星号客舱结构的疲劳破坏导致了50年代几起飞机失事，沉重打击了英国在民用喷气飞机工业中的杰出作用。
主要问题：客舱设计飞行过程中反复增压减压使得机身蒙皮承受疲劳应力的循环作用。
2.20世纪50年代初，美国北极星导弹固体燃料发动机壳体在试验时发生爆炸，材料为高强度合金，传统的强度和韧性指标合格。
——原因由宏观裂纹（0.1～1mm）引起，裂纹源可能是焊裂、杂质、晶界开裂；3.20世纪60年代，美国F-111飞机在执行飞行训练途中，做投弹恢复动作时，左翼脱落，导致飞机坠毁。
当时的飞行速度、总重量及过载等指标远低于设计指标。
——原因是机翼枢轴出现缺陷，漏检后经疲劳载荷作用，小裂纹继续扩展至断裂引起；4.20世纪80年代，日本航空公司波音747SR在24000米高空垂尾断裂，坠毁在群马县。
金属材料力学性能实验断裂韧度试验
金属材料力学性能试验断裂韧度试验6.2 断裂韧度试验6.2.1结构线Construction line在J-Δa 和δ-Δa 试验记录上画一条线，代表表观裂纹扩展（即裂纹表面的位移量），包括裂纹端钝化6.2.2裂纹扩展阻力曲线Crack entension resistance curveR-曲线δ 或J 与稳定裂纹扩展Δa 的变化6.2.3裂纹平面取向Crack plane orientation按照裂纹平面的法向方向和试验中裂纹预期的扩展方向处理裂纹，对于锻造产品参考其特征晶粒流动方向6.2.4裂纹嘴张开位移Crack-mouth opening displacement (CMOD)V在裂纹开始缺口附近，测量与原始裂纹平面垂直的裂纹平面的相对位移量6.2.5裂纹尖端张开位移Crack-tip opening displacementδ在原始裂纹尖端（即疲劳预裂纹尖端）测量与原始裂纹平面垂直的裂纹平面的相对位移量6.2.6临界J Critical J对应裂纹扩展开始时的J 值6.2.7临界δ Critical δ对应裂纹扩展开始时的δ 值6.2.8断裂韧度fracture toughness准静态单一加载条件下的裂纹扩展阻力的通用术语6.2.9J-积分J-integral与积分路径无关的闭合回路或表面积分，用来表征裂纹前缘周围地区的局部应力-应变场，在塑性效应不可忽视的地方提供能量释放速率，用来表征对应表观裂纹扩展a 时的势能变化J与J 积分相当的加载参数，当测定力-加载线位移图时特指裂纹尖端塑性变形不可忽视条件下的断裂6.2.10J-R 曲线J-R curveJ-Δa 图，在塑性效应不容忽视的地方，用于描述稳定裂纹扩展阻力6.2.11最大疲劳应力强度因子Maximum fatigue stress intensity factorKf在疲劳预裂纹的最后阶段，K 的最大值6.2.12类型mode裂纹平面位移三种方式之一注：阿拉伯数字1，2 和3 用于通常的例子，分别代表拉伸张开型，平面滑动型，剪切型。
断裂韧性实验报告
断裂韧性测试实验陈说之迟辟智美创作随着断裂力学的发展，相继提出了资料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力学性能指标，弥补了惯例试验方法的缺乏，为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据.下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法.1、三种断裂韧性参数的测试方法简介1. 1 平面应变断裂韧度IC K 的测试对线弹性或小范围的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态完全由应力强度因子I K 所决定.I K 是外载荷P ，裂纹长度a 及试样几何形状的函数.在平面应变状态下，当P 和a 的某一组合使I K =IC K ，裂纹开始失稳扩展.I K 的临界值IC K 是一资料常数，称为平面应变断裂韧度.测试IC K 坚持裂纹长度a 为定值，而令载荷逐渐增加使裂纹达光临界状态，将此时的C P 、a 代入所用试样的I K 表达式即可求得IC K .IC K 的试验步伐一般包括：（1） 试样的选择和准备（包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲劳预制裂纹等）；（2） 断裂试验；（3） 试验结果的处置（包括裂纹长度a 的丈量、条件临界荷载Q P 简直定、实验测试值Q K 的计算及Q K 有效性的判断）.1. 2 延性断裂韧度R J 的测试J积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量J 积分的某些特征值.测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系：aB UJ ∂∂-= （1-1）其中U 为外界对试样所作形变功，包括弹性功和塑性功两部份，a 为裂纹长度，B 为试样厚度.J积分测试有单试样法和多试验法之分，其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法.但无论是单试样法还是多试样柔度标定法，都须先确定启裂点，而困难正在于此.因此，我国GB2038-80标准中规定采纳绘制R J 阻力曲线来确定金属资料的延性断裂韧度.这是一种多试样法，其优点是无须判定启裂点，且能达到较高的试验精度.这种方法能同时获得几个J 积分值，满足工程实际的分歧需要.所谓R J 阻力曲线，是指相应于某一裂纹真实扩展量的J 积分值与该真实裂纹扩展量的关系曲线.标准规定测定一条R J 阻力曲线至少需要5个有效试验点，故一般要58件试样.把按规定加工并预制裂纹的试样加载，记录∆-P 曲线，并适当掌握停机点以使各试样发生分歧的裂纹扩展量（但最年夜扩展量不超越0.5mm ）.测试各试样裂纹扩展量a ∆，计算相应的J积分，对试验数据作回归处置获得R J 曲线.R J 阻力曲线的位置高低和斜率年夜小代表了资料对启裂和亚临界扩展的抗力强弱.R J 阻力曲线法测试步伐一般包括： （1） 试样准备①试样尺寸的选择原则：1）平面应变条件：标准规定)/(05.0s J B σα≥ （1-2）其中2）J 积分有效性条件一般05.0J J R ≥,当不容易估计a W -时，可用4.1)/(≥-a W B 求出 )(a W -的估计值②疲劳预制裂纹 ：为了保证获得尖端而平直的裂纹，同时考虑到J 积分试验对象年夜多是中、低强度资料，所使用的疲劳载荷不能超越试样屈服载荷，以免发生挠曲塑性变形.（2） 断裂实验加载断裂试验可在各种普通资料试验机上进行.试样的装卡方式与三点弯曲试样弯曲试样测试K时相似.正式加载前，先用低于启裂载IC荷之值预加载两次，以使各装卡位置接触良好.然后按一定速度正式加载，同时记录∆-P曲线.在发生预定裂纹扩展量a∆之后卸载停机，取下试样，用适当的方法，如氧化着色法，二次疲劳等使裂端扩展前缘留印后压断.注意二次疲劳时不得P超越极限载荷L P，以免裂端形貌发maxf生奇变.（3）试验结果处置（包括裂纹长度a的丈量、裂纹扩展量a∆的丈量、J值计算及R J曲线的绘制和J积分特征值简直定等）.R1.3． CTOD的测试我国国家标准GB2358-94包括单试样法和CTOD阻力曲线法.单试样法是参照英国标准学会DD-19所规定的方法来测定CTOD（简称δ），所测结果为启裂点的裂端张开位移.而δ阻力曲线与R J阻力曲线方法类R似.所谓δ阻力曲线是指相应于某一裂纹扩展量的δ值与裂纹扩展量a∆R的关系曲线，它不单能提供启裂抗力δ，而且能同时获得几个COD特i征值，以满足分歧条件的需要.δ曲线自己也描述了资料启裂后裂纹扩R展阻力的变动规律，这在评定资料和工艺质量及平循分析方面有着重要意义.同时，求作δ曲线可以省去确定启裂点的步伐，这是Rδ曲线法R优越的方面.通过试验直接准确地测得裂纹尖端张开位移(CTOD)值非常困难,且其界说还没有统一.试验中,一般采纳三点弯曲试样的变形几何关系,由裂纹嘴张开位移去换算并求得CTOD 值δ.以三点弯曲为例,拜会图1.1图1.1 COTD 试验原理图图中W 为三点弯曲试样的宽度,0a 为裂纹长度(包括线切割的和预制疲劳裂纹长度),(W-0a )为韧带宽度,刀口被用来装置夹式电子引伸计,Z 为刀口厚度.p V 为裂纹嘴张开位移塑性部份.原裂纹尖端处张开位移的塑性部份记为p δ.假设在塑性变形过程中,裂纹概况绕O 点作刚体转动.p r 称为转动因子,指在试样塑性变形时旋转中心到原裂纹尖真个距离与韧带宽度((W-0a )的比值.假设三角形'OBB ∆与三角形'OFF ∆相似(塑性三角形假说),则：00P0()()p pp r W a a z V r W a δ-++=- (1-1)即有：0P00()()p p p r W a V r W a a zδ-=-++ (1-2)弹塑性情况下,δ可由弹性的e δ和塑性的p δ两部份组成,即:p e δδδ=+ (1-3)弹性部份e δ为对应于载荷max P 的裂纹尖端弹性张开位移,在平面应变情况下，对三点弯曲试样,有：12PSI K BW =(1-4)则原裂纹尖端张开位移δ为:2202I I P00()(1-)2()p e p s p r W a K K V E r W a a zμδδδσ-=+=+-++ (1-5) 测试COD 的标准试样是三点弯曲试样，其形状同IC K 试样.多试样法所用试样个数同样为58个，试验过程中使各个试样加载到分歧裂纹扩展量a ∆后停机，测出停机时的荷载P 与位移P V ，代入公式（1-6）2202I I P 00()(1-)2()p s p r W a K K V E r W a a zμδσ-=+-++(1-6)同样对三点弯曲试样,BS7448系列规范建议取pr =0.4,规范GB/T2358—1994建议取p r =0.44,规范JB/T4291—1999建议取介p r =0.45,而国家标准最近修正为p r =0.40同国际标准及英国系列标准一样.本陈说按国家标准GB2358-94规定p r 4.以上各式中:P 为载荷;S 为试样跨距;B 为试样厚度;S 为跨距;E 为资料的弹性模量;s σ为资料的屈服强度;μ为资料的泊松比;p r 称为转动因子,p V 为裂纹嘴张开位移塑性部份.由此，可得该试样停机时的δ，这个δ就是对应该裂纹扩展量a ∆时的裂纹扩展阻力，记为R δ.对每个试样可以获得一对（R δ，a ∆），58个试样可描绘一条Rδa ∆曲线，此曲线即为R δ曲线.R δ曲线测试的一般步伐（与R J 阻力曲线测试类似）为：（1） 试样制备（包括试样尺寸、疲劳预制裂纹）； （2） 断裂实验（记录PV曲线）；（3）试验结果处置（包括数据处置和计算特征值等）.R2、平面应变断裂韧度COD的测试2.1 试样的选择与准备(1) 试样类型规范推荐采纳三点弯曲试样见图.试样类型的选用原则是根据资料来源、加工条件、试验设备以及试验目的的综合考虑.图2.1 直3点弯曲(2) 试样尺寸标准规定了三种标准试样，并建议尽量采纳厚度与实际构件相同的所谓全厚试样，以使试样裂端与实际构件处于相同的约束条件.这三种试样的主要尺寸关系为：其中W为高度，B为厚度，a为裂纹长度，包括机加工切口和疲劳裂纹长度之和，S为跨距.前两种试样用于工程结构平安评定试验，第三种试样用于对资料和工艺质量进行相对评定试验.(3) 试样方位选择金属资料一般都具有明显的宏观各向异性，这是各种加工制造过程给资料内部化学成份、显微组织的分布所带来的方向性的结果.试样方位选择应视试验目的和要求而定，例如要评估实际工件的IC K ，就要模仿实际工件的加载及裂缝扩展方向. (4) 试样加工试样加工时，应特别注意使最后磨削条痕方向垂直于裂纹扩展方向，至少不要使两者平行.磨削之后就要开切口，目前普遍采纳钼丝线切割.(5) 疲劳预制裂纹预制裂纹都在疲劳试验机上完成.要防止裂纹尖端因荷载过高发生较年夜的塑性区.对三点弯曲试样，应使裂纹总长度(0.450.55)a W ≈，其中疲劳裂纹的长度至少有1.5mm.疲劳引发裂纹时采纳的最年夜疲劳载荷max P 应不年夜于f P . 对三点弯试样 200.5/fY P Bb S σ=y σ—屈服应力(屈服点s σa,或屈服强度0.2σ).MPa ； b σ—抗拉强度，MPa;Y σ—有效屈服强度，()/2Y y b σσσ=+,MPa ;2.2. 断裂试验步伐试验一般在万能资料试验机上进行.以三点弯曲试样为例，试样装置如图2所示.图 三点弯曲试验装置示意图1—试验机上横梁；2—支座；3—试样；4—载荷传感器； 5—夹式引伸计；6—静态应变仪；7—X —Y 函数记录仪.图 夹式引伸计构造及装置 1－试样 2－刀口 3－引伸计把测好尺寸（B W 和）的试样按规定仔细装夹牢固.在加载过程中，夹式引伸计和测力计获得的讯号经过放年夜后输入X Y -记录仪，描绘出力—张开位移曲线（P V -曲线）.应该注意的有以下几点： （1）夹式引伸仪一般都应该根据标准推荐方法自行制备；（2）夹式引伸仪和测力计应按期校核和标定，以保证试验结果的可靠性；（3）加载速度应保证应力强度因子的增长速率在每分钟增长31至1553/2/MN m 范围内，相当于0.2/Bmm s ；（4）支座的轴辊要略能移动以免发生过年夜的横向摩擦阻力影响试验结果；（5）要求断口与试样长度放线基本垂直，偏差不能年夜于010； （6）应观察和记录断口宏观形貌，剪切唇宽度与平断口的百分比例. 2.3 试验结果处置 (1) 裂纹长度a 的丈量按图所示沿着疲劳裂纹前缘和标识表记标帜出的裂纹稳态扩展区的前缘，在其间隔的9点上丈量裂纹尺寸.(i=1,2,3,......9 )丈量仪器的精度不低于0.02 mm,按下式计算裂纹长度:图2.4 裂缝丈量示意图注：(0.01)/8N B B W =- (2)确定δ在三点弯曲加载试验所获得的P —V 曲线，年夜体有图中的几种情形图P V -曲线在图2.4(a)和(b)的情况下，取脆性失稳断裂点或突进点所对应的载荷c P 与位移pc V 计算c δ.如果失效发生在线性段附近，可按GB 4161丈量Ic K .在图(e)的情况下，取最年夜载荷点或最年夜载荷平台开始点所对应的载荷m P 与位移mp V 计算m δ.在图2.4（c)和(d)的情况下，取脆性失稳断裂点或突进点所对应的载荷u P 与位移up V ，计算u δ，如果突进点是由于疲劳裂纹前缘的脆性失稳扩展受阻引起的，则应考虑被测资料的特征.试验后的断口检验，如最年夜突进裂纹扩展量已超越0. 040b ，可按下列步伐估汁“小突进”信号值.1）通过最年夜载荷点作BC 线平行于OA 线.2）作BD 线平行于载荷轴.3）位于0. 95BD 处作标识表记标帜E 4）作CEF 线5)相应于载荷位移的突进处作标识表记标帜G.6)当G 点位于角BCF 以外时，取载荷c P 或u P 和位移c V 或u V .计算cδ或u δ，例如图(a).7)当G 点位于角BC(b).图2.5 突进点示意图在图2.4(a)(b)和(d)的情况下，不能直接测定i δ值，若需要i δ值，可根据阻力曲线来确定.R δ的计算方法—获得需要的丈量数据后，采纳下列公式计算原始裂纹尖端部位的张开位移:式中:μ——对一般钢材取0. 3；E ——对一般钢材取52.0610MPa ⨯p r ——塑性转动因子，0.4(1)p r α=+.三点弯曲试样的0.1α=，即0.44p r =. 直3点弯曲试样:00.45/0.55a W ≤≤当S=4W时，直3点弯曲试样的Y值见GB2358-94表1. 3、三点弯曲试验测COD3.1 试验目的熟练掌握测平面应变断裂韧性的方法及步伐.利用预制好疲劳裂纹的试样测定金属资料的平面应变断裂韧性. 3.2 试验设备试验设备包括万能资料试验机及数据收集系统、夹式引伸计、游标卡尺等.3.3 试验试样的制作本次试验的试样为金属试样.金属试样由力学实验室提供，金属采纳钼丝线切割预制疲劳裂缝.金属试样的外观年夜致如图所示：试样示意图3.4 试验过程（1）试验前先清洗裂纹嘴两侧，用胶将刀口粘到试样上；（2）试验前用游标卡尺在裂纹前缘韧带部份丈量试件厚度B三次，丈量精度到0.1%B或0.025mm，取较年夜的两个计算平均值.在切口附近丈量试样宽度三次，丈量精度精确到0.1%Ｗ或0.025mm，取较年夜的两个计算平均值；（3）装置三点弯曲试验支座，使加载线通过跨距S 的中点，偏差在1%S ，而且试样与支承辊的轴线应成直角，偏差在±2º以内； （4）将位移引伸计接入静态收集系统，在加载试样之前，对试验机及收集系统的X Y -曲线调零；2mm/m ，以使I K 的增长速度不至太快；（6）加载到压断试样，如图3.3.取下F V -曲线图进行分析处置. 图3.2 设备装置图图3.3 试样压断图3.5 原始数据（1） 试件厚度B 和宽度W 的丈量由游标卡尺量测并处置，获得试件的厚度14.97B mm =，宽度为30.00W mm =.（4）试验机数据收集系统获得的数据图3.4 数据曲线 图3.5 处置后的数据曲线由上图可得P V -曲线， 6 =ll mm l l lεε∆==∴∆⨯ 图3.6 P-V 曲线（3）试验加载完成后裂纹长度a 的丈量，裂纹断口见图3.7.图3.7裂纹断口图 （单元：mm ）3.6 数据分析处置 （1） 裂纹长度a1）规范规定任意二点裂纹扩展量之间的差(不包括近试样概况的二点)不超越0. 05W.且全部9个丈量点中最年夜和最小的裂纹扩展量之差不超越.2.780.32 2.460.05 1.5mm W mm -=≥=不符合要求2）所有试样的原始裂纹长~0. 55W 范围内.0/12.15/30.000.405a W ==不符合要求.综上本次实验数据无效. （2） pc P V c 和简直定试验所得的P V -曲线如图所示.在试验过程中，可以看到试件在加载后期基本没有塑性阶段，在达到疲劳裂纹后迅速发生失稳破坏.属于图2.4中a)脆性破坏情况.对获得的数据，初始阶段的数据忽略，因为这段时间属于利用液压消除自重的环节，所以获得的位移是负值而且来回震荡，且坐标轴的校零也有影响，没有实际参考价值.为了获取弹性阶段的斜率，观察曲线，可以发现P 在0至16.00KN 之间时曲线趋于直线.利用matlab 法式拟合获得下图3.8.得pc P =16.49KN V 7.5c m μ= （3）c δ的计算根据以上所得数据计算COD.（为了使计算能够进行，0/0.45a W =）.根据0/0.45S=4W a W =且查规范表1得Y=9.14.试件的厚度14.97B mm =，宽度为30.00W mm =又0.3μ=；对一般钢材取52.0610E MPa =⨯；塑性转动因子0.44p r =；850s MPa σ=.计算得2202I I P 00()(1-)0.8512()p s p r W a K K V mm E r W a a zμδσ-=+=-++有前面可知该结果是无效的. 3.7实验总结实验测得的COD 无效，其原因很多：（1）金属试样疲劳裂纹的预制存在问题招致试样断裂后断口不典范.（2）黏贴刀口存在人为误差.σ只是理论上的数据，并没有做实验，所以sσ的准确（5）s度有待考究；（6）其他因素例如冶金质量、各向异性、晶体结构、回火温度、显微结构以及介质腐蚀等，对试验结果造成的影响较为复杂（7）试样的尺寸是有影响的，跨度和宽度之比为4，宽度和厚度之比应为2，实际的数据来看是不满足要求的，招致测出的值离散型较年夜，不符合要求；（8）在资料制备的过程中，可能会搀杂其他合金元素，对资料造成的影响纷歧，即可能是正面的影响，也可能是负面的影响.在断裂韧性COD测试试验中，我熟悉了ISTRON3367资料力学试验机，测试的整个过程也都了解了.这熬炼了我在资料性能实验中的实际把持能力，在此同时也体会到了同组同学相互配合、团队意识的重要性.在数据处置过程中，通过确定测定临界裂纹长度a、计算条件断裂韧性a及判断其有效性，我对Matlab有了进一步的了解，并学会了如何利用数据及P~V曲线图来计算δ.通过这次实验，我进一步加深了断裂韧性的界说及其相关理论知识.。
92656-断裂韧度实验-综合实验-07细观力学
实验名称：先进电镜技术及细观失效行为的SEM原位观察
教学目的和任务：
细观力学实验技术是固体力学实验的重要组成部分之一，是在学生掌握各种宏观实验方法的基础上，进一步对材料或结构的细微观力学行为探索。
本实验的目的是使学生了解、掌握当前细微观实验中较为常用的电镜技术的基本原理及应用，主要包括SEM、AFM、FIB、TEM等。
通过理论学习、操作、测试、分析等综合环节的训练，开阔科研思路、掌握学习方法，培养学生分析解决问题的能力和创新精神。
要求学生能够了解当前先进电镜技术的基本原理及应用范围，掌握SEM下原位加载技术及细观观测技术，并能够综合运用所学专业知识，设计并完成实验，解释实验现象并分析实验结果。
教学内容及学时安排：
课内外教学环节及基本要求：
教师及实验人员带领学生进行试验原理的讲解以及实验技术的指导和演示，启发学生进行独立思考、讨论、设计和操作，并最终完成实验。
考核方式及成绩评定：
平时表现和实验报告40%，考试60%。
教材和参考资料：
[1]实用电镜技术, 徐柏森, 杨静. 东南大学出版社, 2008年12月, 第一版.
[2]扫描电镜和电子探针的基础及应用, 曾毅等. 上海科学技术出版社, 2009年12
月, 第一版.
[3]原子力显微术及其应用, 杨序纲, 杨潇. 化学工业出版社, 2012年3月, 第一版.
[4]实用电子显微镜技术, 付洪兰. 高等教育出版社, 2004年7月, 第一版.
其它。
平面应变断裂韧度K1c的测定(实验报告)参考模板
一、实验目的：1、学习了解金属平面应变断裂韧度K1C试样制备，断口测量及数据处理的关键要点。
2、掌握金属平面应变断裂韧度K1C的测定方法。
二、实验原理本实验按照国家标准GB4161-84规定进行。
断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展能力的一种量度，在线弹性断裂力学中，材料发生脆性断裂的判据为：K1≤K1C，式中K1为应力场强度因子，它表征裂纹尖端附近的应力场的强度，其大小决定于构件的几何条件、外加载荷的大小、分布等。
K1C是在平面应变条件下，材料中Ⅰ型裂纹产生失稳扩展的应力强度因子的临界值，即材料平面应变断裂韧度。
裂纹稳定扩展时，K1和外力P、裂纹长度a、试件尺寸有关；当P和a达到P c和a c时，裂纹开始失稳扩展。
此时材料处于临界状态，即K1=K1C。
K1C与外力、试件类型及尺寸无关（但与工作温度和变形速率有关）。
(一)应力场强度因子K1表达式三点弯曲试样：K1=(PS/BW3/2)f(a/W)式中：S为试件跨度，B为试件厚度，W为试件高度，a为试件裂纹长度。
试件B、W和S的比例为：B：W：S=1：2：8，见图2-1所示：图2-1三点弯曲试件图修正系数f(a/W)为a/W的函数，可以查表2-1，a/W在0.45-0.55之间。
(二)试样尺寸要求及试样制备1、从记录的P-V曲线上按规定来确定P Q值；2、裂纹长度用读数显微镜测出五个读数a1、a2、a3、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。
f(a/W)={3(a/W)1/2[1.99-(a/W)(1-a/W)×(2.15-3.93a/W+2.7a2/W2)]}/2(1+2a/W)(1-a/W)3/24、将P Q、B、W和f(a/W)代入下式：K Q=(P Q S/BW3/2)f(a/W)即可算出K Q值，单位MPam1/2。
相关换算单位公式：MPam1/2=MNm-3/2，MPa=MNm-2，1kgf=9.807N，1kgfmm-3/2=0.310MPam1/2。
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综合实验课报告
实验题目
学院名称航空科学与工程学院专业名称固体力学
学生姓名
指导教师
2014 年7 月
北京航空航天大学综合实验课报告第I 页
目录
1引言 (1)
1.1 研究背景及意义 (1)
1.2 现有的研究方法 (1)
1.3 实验目的和内容 (1)
2 实验仪器和设备 (1)
3 实验材料和试件 (1)
4 实验结果分析 (2)
5 结论 (2)
6 实验总结、建议或感想 (2)
7 参考文献 (2)
1 引言
引言部分要包括研究背景、目的、内容等。
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1.1 研究背景及意义
注意引述别人的工作时要标注参考文献，格式为上标中括号的形式[3, 6-9]。
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1.2 现有的研究方法
注意引述别人的工作时要标注参考文献，格式为上标中括号的形式[3, 6-9]。
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……
1.2 实验目的和内容
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2 实验仪器和设备
这部分内容要要包括实验用的仪器和设备，并对实验方法和实验条件进行描述。
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2.1 ……
……
3 实验材料和试件
……
3.1 ……
……
4 实验结果分析
对实验中得到的结果进行分析
4.1 ……
……
5 结论
总结实验分析的结果，得出简明的结论5.1 ……
……
6 实验总结、建议或感想
……
7 参考文献
[1]……
[2]……。