第2章 断裂力学5-平面应变断裂韧性及测试原理

1、主讲 朱成九2021年12月疲劳断裂与损伤2021-12-15第2章 断裂力学 2021-12-15平面应变断裂韧性及测试原理2021-12-15CK的定义 平面应变断裂韧性KC：在线弹性问题在线弹性问题中，具有中，具有型裂纹的构件抵抗裂纹扩展的型裂纹的构件抵抗裂纹扩展的能力能力 实验和分析表明：在一定条件下在一定条件下KC是材料固有的性能指标，随着断裂力学的发展和推广应用， KC已逐渐和常规机械性能指标一起作为材料检验的质量指标之2021-12-15的适用条件n线弹性，小屈服n平面应变状态CK2021-12-15试件K的表达式 工程上一般以平面应变KC作为设计依据 典型试样K的表达式： 直三

2、点弯曲试样： PP/2P/2aWBL2021-12-1513 2PlaKfBww其中：135792222212.94.621.837.638.7aaaaaafwwwwww美国材料&实验学会ASTM的E399-74试验标准实验要测出临界PQ，代入可得KQ试件K的表达式 2021-12-15紧凑拉伸试件： PBaWP2PaKfBww1 21322257922229.6185.5655.71017.0638.9aaafwwwaaawww注： a,w从P的作用点连线处开始! 试件K的表达式 2021-12-15此外还有很多试件，如：PP/2P/2aLP四点纯弯曲试件 BhLa拱形三点弯曲试件

3、试件K的表达式 2021-12-15LPaWB单边切口拉伸试件 圆周切口杆拉伸试件 PdD试件K的表达式 2021-12-15试件形状、尺寸标准三点弯曲试件2021-12-15标准紧凑拉伸试件试件形状、尺寸2021-12-15切口形状和裂纹包迹的规定图中：N不应超过W/10切口2021-12-15试件尺寸的选择根据材料的KC估计值，按照公式 估算试件的最小厚度B和裂纹长度a。2C2.5 KyBa、在不能估计材料的KC值时，也可根据y/E的值按下表选取试件尺寸。 2021-12-15测试原理（平面应变条件） 测试方法：以紧凑拉伸试样为例 P引伸计PVX-Y函数仪应变仪移动横梁固定横梁测力计电阻应

4、变片双悬臂引伸仪2021-12-15测试原理（平面应变条件） 测试方法：取样和标记确定尺寸预制裂纹记录载荷-切口张开位移（P-V）曲线PBa0aP0aaa 一般地，这里的裂纹临界扩展载荷PQ并不是试件断裂的最大载荷，不能简单地直接由试验机上的拉力读数求得。2021-12-15裂纹长度n工具显微镜，读数12345,a a a a a预制疲劳裂纹前缘机械切口前缘BW23413aaaa100%5%2,3,4iaaia100%10%1,5iaaia应满足：2021-12-15P-V曲线分析5QPPPa)第类曲线，属于平面应力型 VOAmaxP50.95OAP VP V切线切线P5割线割线试件较薄，裂纹

5、尖端基本处于平面应力状态，裂纹断口有一定的颈缩现象，此时作斜率低5%的割线，与试验曲线交点得载荷PQ。2021-12-15P-V曲线分析QbPPmaxPb)第类曲线，属于平面应变和平面应力混合型 试件有一定厚度,裂尖中部处于平变状态, 试件两侧表面有一定塑性变形,当P增大时,裂尖中间部产生临界扩展,发出Po-Pin声,随着载荷增加,裂纹由中心部位向试样表层扩展,直至断裂。迸发载荷5PPVOAB2021-12-15P-V曲线分析c)第类曲线，属于平面应变型 maxQPPPVOA5P 试件厚度足够大，接近理想平面应变状态; 裂尖无明显塑性变形,断口平整; 可直接由实测PQ代入公式，即可求得KIC 2021-12-15KQ有效性判断 由实测PQ代入KIC公式，即可求得KQ；2. 当KQ满足如下两个条件时,方可作为KIC :max)1.1QPaP2) 2.5QSKbB否则平面应变条件不满足，其中B是试样厚度 试件厚度与断裂韧性的关系图平面应力平面应变2021-12-15KQ有效性判断2112ysKr若 ，即(平面应力),