疲劳与断裂力学断裂韧性测试技术参考资料VIP专享VIP免费

第七章平面应变断裂韧度测试第七章平面应变断裂韧度测试金属材料的裂纹扩展抗力称为断裂韧度，线弹性断裂韧度表示为KIc，弹塑性断裂韧度有JIc和Ic。常规强度设计条件：：安全系数。断裂力学设计条件：JIcnJJmaxISSn][maxSnKICInKKmaxnIcmaxI：安全系数。,,JKn只要满足小范围屈服和平面应变条件，断裂韧度就不再与试样或结构的几何形状有关，而仅为材料的常数。它表征材料所固有的平面应变裂纹扩展抗力。由于它代表了实际结构中最常见和最危险的裂纹顶端约束情况，所以平面应变断裂韧度（PlaneStrainFractureToughness）在安全设计中有重要地位。试样的平面应力和平面应变状态是对裂尖附近区域而言的。裂尖的K主导区是一个高应力区，其周围是广大的低应力区。在K主导区内均为拉应力。第一节第一节KKIcIc的测试方法的测试方法K主导区受x、y二方向拉应力作用将发生很大的z向收缩，但低应力区z向收缩很少，所以裂尖附近高应力区内沿z向（板厚）的收缩将受到其周围广大低应力区的制约，处于平面应变状态。故裂尖附近的材料处于三向拉伸应力状态下。但是在试样表面处，因为，这儿的K主导区处于平面应力状态。0z如果试样很薄，表面的平面应力层占了主导地位，试样就处于平面应力条件下了。这时测不出稳定正确的KIc值。如果试样足够厚（厚度B相对于K主导区很大），在厚度方向上平力区所占比例很小，裂纹前缘较大地区处于平面应变状态，这时可近似认为试样处在平面应变条件下，才可能测出稳定的KIc值。测试的一般过程为：在试验机上得到裂纹开始失稳扩展的临界荷载值Pq，代入相应的K因子关系式，例如)(2/1wafBWPKI就求得条件断裂韧度Kq，再检验Kq的有效性得KIc。1、试样的K因子表达式取决于进行断裂韧度测试的试样形状。要把平板试样拉断，要求试验机吨位很大，所以现在已经不再用平板试样，而用三点弯曲、紧凑拉伸、圆片紧凑拉伸、C形紧凑拉伸（对管材，中国是拱形三点弯）等试样。这些试样的特点是：（1）韧带（裂纹延长线上裂纹尖端到试样背表面的区域，是主承载区）处于弯曲状态，故都是弯曲型试样。（2）它们都是比例试样，长宽高具有规定的比例。比例试样的厚度加大时，所有尺寸都成比例增大。根据“GB4161-84金属材料平面应变断裂韧度试验方法”的规定，标准三点弯曲试样的Kq表达式为：)(2/3WafBWSPKqq2/3222/1)/1)(/21(2)]/7.2/93.315.2)(/(99.1[)/(3)(WaWaWaWaWaWaWafPq—临界荷载，B—试样厚度，S—跨距，W—试样宽度，a—裂纹长度。标准紧凑拉伸试样的表达式为：)(2/1WafBWPKqq2/3443322)/1()/6.5/72.14/32.13/64.4886.0)(/2()(WaWaWaWaWaWawafPq—临界荷载，B—试样厚度，W—试样宽度，a—裂纹长度。这两种试样的Kq值，都是用边界配位方法计算得到的。GB4161—84中还给出了C形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样的表达式。2、确定Pq和a有了Kq表达式，只需测得试样在其裂纹发生失稳扩展时的临界状态荷载Pq和当时裂纹长度a，代入相应的K因子表达式，便可算得Kq。现在先确定Pq，这要分三种情况讨论。对试样加载，记录加载过程的P-V（外载—裂纹嘴张开位移）曲线，三种情况的P-V曲线如图。GB4161-84中规定：在P-V曲线中作一过原点的射线，使其斜率比P—V曲线初始直线段的斜率P/V减小5%，此射线与P-V曲线将有一个交点。（1）如果在交点左边的P-V曲线上有极大点，则该点对应的P值就是Pq值。（2）除了情况（1）以外，交点对应的P值就是Pq值。裂纹长度a的测定必须在试样的断口上进行。裂纹长度a的表达式为)(43231aaaa国标对a1、a2、a3、a4、a5的测量均匀度还有一些规定。3、Kq的有效性检验Pq称为条件临界荷载，因为这个值不一定有用，即它代入K因子表达式求出的Kq不一定是材料的有效值。要使Kq就是KIc，必须满足2个条件。（1）1.1maxqPP这是为了保证线弹性条件和平面应变条件的措施之一，但1.1这个值是约定的。实验发现，当B不足时Kq偏小而Kmax偏大，但KIc总在Kq和Kmax之间。因此，如规定Kmax/Kq（即Pmax/Pq）≤1.1使得二者相差不过10%，则测得的KIc的误差就不会超过10%。因此为保证KIc精度，要求≤1.1。（2）尺寸要求...