第2章 断裂力学5-平面应变断裂韧性及测试原理

1、主讲 朱成九十月 22疲劳断裂与损伤2022/10/1123-2第2章 断裂力学 2022/10/1123-3平面应变断裂韧性及测试原理2022/10/1123-4的定义 平面应变断裂韧性KC：在线弹性问题中，具有型裂纹的构件抵抗裂纹扩展的能力 实验和分析表明：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2022/10/1123-5的适用条件线弹性，小屈服平面应变状态2022/10/1123-6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： 直三点弯曲试样： PP/2P/2aWBL20

2、22/10/1123-7其中：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 2022/10/1123-8紧凑拉伸试件： PBaWP注： a,w从P的作用点连线处开始! 试件K的表达式 2022/10/1123-9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 试件K的表达式 2022/10/1123-10LPaWB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 2022/10/1123-11试件形状、尺寸标准三点弯曲试件2022/10/1123-12标准紧凑拉伸试件试件形状、尺寸2022/10/

3、1123-13切口形状和裂纹包迹的规定图中：N不应超过W/10切口2022/10/1123-14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。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。 2022/10/1123-15测试原理（平面应变条件） 测试方法：以紧凑拉伸试样为例 2022/10/1123-16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PBa0aP 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。2022/10/1123-17

4、裂纹长度工具显微镜，读数预制疲劳裂纹前缘机械切口前缘BW应满足：2022/10/1123-18P-V曲线分析a)第类曲线，属于平面应力型 OA切线P5割线试件较薄，裂纹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。2022/10/1123-19P-V曲线分析b)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OAB2022/10/1123-20P-V曲线分析c)第类曲线，属于平面应变型 OA 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 2022/10/1123-21KQ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 :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2022/10/1123-22KQ有效性判断若 ，即(平面应力), (平面