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材料断裂韧性的测定 一 实验的目的 由于理想的均匀连续性材料在工程中是不存在的 实际构件总是不可避免地带来有夹渣 裂纹和划痕等缺陷 这些缺陷在使用的过程中将逐渐发展成为裂纹 因此本实验的目的在于研究实际含裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力 测出构件的断裂韧度找出其中规律及原因 了解该材料的断裂韧性与强韧性的关系 二 实验原理 裂纹扩展的3种基本形式 张开型 裂纹扩展 滑开型 裂纹扩展 撕开型 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来描述 当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 3 构件不发生脆断的K准则 三 试样的形状 尺寸及制备 四种试样 标准三点弯曲试样 紧凑拉伸试样 C形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样 由于三点弯曲试样较为简单 故使用较多 三 试样的形状 尺寸及制备 由于KIC是材料在平面应变和小范围屈服条件下的KI临界值 因此 测定KIC时用的试样尺寸 必须保证裂纹尖端处于平面应变和小范围屈服状态 因此为满足小范围屈服及平面应变条件 须要求 B 2 5 KIC S B 试样厚度 2 5 KIC S W 试样宽度或高度 W 2 5 KIC S 预制疲劳裂纹长度 试样跨距 S 4W 2mm注 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 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 7 可编辑 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 将此值载荷代入相应的试样表达式中计算的条件值1 测量尺寸 测量B S W 2 安装试样3 选择好加载速率 使增加的速率为1000 2000若估算试样的值约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 六 的计算 由于材料性能及试样尺寸不同 F V曲线有三种类型 1 材料较脆或试样尺寸足够大时 F V曲线为III型 2 材料韧性较好或试样尺寸较小时 F V曲线为I型 3 材料韧性或试样尺寸居中时 F V曲线为II型 4 从F V曲线确定裂纹失稳扩展时的载荷FQ 七 裂纹尺寸的测量 裂纹尺寸取 八 的计算 三点弯曲试样加载时 裂纹尖端的应力强度因子的表达式为其中式中 临界载荷 条件断裂韧性 九 数据可靠性检验的判据 按上述方法得到的是否就是 尚需经过验证 检验的判据有两个 几何判据 B 2 5 KIC S 2 5 KIC S W 2 5 KIC S 载荷比判据 其中为F