(完整版)平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案

平面应变断裂韧度Kic的测定实验预案姓名： 江维学号：M050110110指导老师：钱士强学院：材料工程学院

、试样制备1.材料：先用40刚表材料热处理状态强度指标osMPaKicMN/m3/240刚860oC正火29470.7〜71.92.试样尺寸确定(1)厚度:为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的 0.2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 0.2/E的值确定试件的尺寸，如下表所示:表二试样的推荐尺寸(T0.2/EB、a(mm)(T0.2/EB、a(mm)0.0050—0.0057750.0071-0.0075320.0057—0.0062630.0075-0.0080250.0062—0.0065500.0080-0.0085200.0065-0.0068440.0085-0.010012.50.0068—0.0071380.01006.5.,. KC2 .. 一,、,当确知2.5(*)2比表中推荐尺寸小得多时， 可采用较小试件.在试验0.2K。2测得有效Kic结果后，可在随后试验中将尺寸减少到 a、B2.5(—)20.2B>2.5(Kic/s)2>2.5(71.9/294)2=0.1496m所以取B=0.15m.(2)高度：a>50ry^2.5(Kic/s)2 ①(W-a)>2.5(Kic/s)2 2由d+②得W>2*2.5(Kic/s)2,所以取W=0.3m(3)长度：跨品巨：S=4W+0.2W=1.26m.长度L>S,所以取L=1.4m。表二材料B(m)W(m)L(m)40钢0.150.31.4、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Kic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 Kic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/E<0,0032m1/2。同时调整最小载荷或位移， 使载荷比乃在-1~0.1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 Bi,B2,B3,取其平均值作为 B=(B1+B2+B3”。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=(W〔+W2+W3)/3,测量精度要求0.02mm或0.1%W,取其中较大者记录。四、实验程序四、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2—3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；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)(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I,局部扩展型H和失稳扩展型出。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%。线OA使OA勺斜率为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线OA使OA勺斜率为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。对于失稳扩展型，其Pq=Pmax;样断对于局部扩展型，若P5点前有载荷峰值大于P5,则这个峰值为 Pq；图4图4试口示意图1.1,否则试验无效。对于稳定扩展型Pq=P5。要求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a(a2a3a4)/3作为裂纹长度。要求攵，a3,a4任意两个测量值之差都不得大于 a的10%,而且ai、、，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：TOC\o"1-5"\h\z，、一一 2(a)B2.5(Kq/0.2)- 2a2.5(Kq/0.2)- 2Wa 2.5(Kq/0.2)（b） Pmax/Pq 伫（C）Kfmax60%Kq（d）a2-a3、a3-a4、a4-a2〈l0%a;ai-a5〈10%a。由各项均满足要求，则Kq=Kic,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P—V曲线直线段的斜率b:根据P—V曲线图形找出直线段的P、V数据-一任选一空白单元格-一点击仅（插入函数）-一选统计函数SLOPE（确定）-一X选直线段的V数据区；Y选直线段的啖据区，（确定）-一单元格显示该斜率bo2）作直线，其斜率b0.95=P-V曲线直线段斜率b的95%:选一空白单元列作为 Yo.95数据列--计算直线各点的Y坐标值即：丫。.95=各点V直Xb0.95并填入丫0.95数据列-一选中图表-一选原数据菜单--添加新系列--X直仍选V数据区；丫选丫。.95数据区（确定）3）直线与P-V曲线的交点即为P5点。4）Pq值应当满足Pma”Pq1.1,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，取中间三个读数平土值a=1/3（a2+a3+a4）；图53、根据测得到a和W值，11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)1/2[1.99-(a/W)(1-a/W)(2.15-3.93a/W+2.7a2/W2)]}/2(1+2a/W)(1-a/W)3/21、将PQ