平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案.docx

一、 试样制备1. 材料：先用40刚表一材料热处理状态强度指标sMPaKIC MN/m3/240刚860oC正火29470.771.92. 试样尺寸确定图1（1） 厚度：为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的和KIC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。KIC的估计值可以借用相近材料的KIC值，也可根据材料的E的值确定试件的尺寸，如下表所示：表二 试样的推荐尺寸0.2/EB、a (mm)0.2/EB、a (mm)0.00500.0057750.00710.0075320.00570.0062630.00750.0080250.00620.0065500.00800.0085200.00650.0068440.00850.010012.50.00680.007138 0.01006.5当确知比表中推荐尺寸小得多时，可采用较小试件在试验测得有效KIC结果后，可在随后试验中将尺寸减少到a、B2.5(K1C/s)2 2.5(71.9/294)2=0.1496m 所以取B=0.15m.（2）高度：a50ry2.5(K1C/s)2 (W-a)2.5(K1C/s)2 由+得W2*2.5(K1C/s)2 ,所以取W=0.3m。（3）长度：跨距：S=4W+0.2W=1.26m. 长度LS,所以取L=1.4m。表三材料B（m）W（m）L（m）40钢0.150.31.4二、 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。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Kfmax 0.6K1C, Kfmax/E0,0032m1/2 。同时调整最小载荷或位移，使载荷比乃在-10.1之间。表四开始阶段Pmax=250TPmin=20T最后阶段Pmax=180TPmin=15T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B1, B2, B3，取其平均值作为B= (B1+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W1，W2,W3，取其平均值作为W=( W1+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23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；图3 典型P-V曲线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。五、 实验结果处理（一）失稳扩展型局部扩展型稳定扩展型（1）确定条件临界载荷PqP-V曲线如图3所示一般分为三种类型，即稳定扩展型，局部扩展型和失稳扩展型。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：过原点作直线OA，使OA的斜率为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P5。l 对于失稳扩展型，其Pq=Pmax；样断l 对于局部扩展型，若P5点前有载荷峰值大于P5，则这个峰值为Pq；图4试口示意图l 对于稳定扩展型Pq=P5。要求 PmaxPq 1.1，否则试验无效。（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a2，a3，a4取其平均值作为裂纹长度。要求a2，a3，a4任意两个测量值之差都不得大于a的10，而且a1、，a5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KI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：（a）（b） （c）（d）a2-a3、a3-a4、a4-a210a；a1-a510a。由各项均满足要求，则KqKIC，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PQ值；1）求PV曲线直线段的斜率b：根据PV曲线图形找出直线段的P、V数据-任选一空白单元格-点击fx（插入函数）-选统计函数SLOPE（确定）-X选直线段的V数据区；Y选直线段的P数据区，（确定）-单元格显示该斜率b。2）作直线，其斜率b0.95PV曲线直线段斜率b的95：选一空白单元列作为Y0.95数据列-计算直线各点的Y坐标值即：Y0.95各点V值b0.95并填入Y0.95数据列-选中图表-选原数据菜单-添加新系列-X值仍选V数据区；Y选Y0.95数据区（确定）3）直线与PV曲线的交点即为P5点。4）Pq值应当满足PmaxPq1.1，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、a3、a4和a5，如下图，取中间三个读数平均值a=1/3(a2+a3+a4)；图53、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)1/21.99-(a/W)(1-a/W)(2.15-3.93a/W+2.7a2/W2)/2(1+2a/W)(1-a/W)3/21、