平面應(yīng)變斷裂韌度kⅠc的測(cè)定

1、金屬力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)金屬力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)平面應(yīng)變斷裂韌度平面應(yīng)變斷裂韌度kc的測(cè)定的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?正確掌握平面應(yīng)變斷裂韌度正確掌握平面應(yīng)變斷裂韌度kc的測(cè)的測(cè) 試方法。試方法。2了解測(cè)定了解測(cè)定kc所需的儀器設(shè)備裝置。所需的儀器設(shè)備裝置。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.1. 測(cè)定被測(cè)材料的測(cè)定被測(cè)材料的P-VP-V的曲線，計(jì)算條件斷的曲線，計(jì)算條件斷韌度韌度K KQ Q值。值。 2 2驗(yàn)算實(shí)驗(yàn)所得驗(yàn)算實(shí)驗(yàn)所得K KQ Q值，確定有效值，確定有效K KCC值。值。三、基本概念和測(cè)試原理三、基本概念和測(cè)試原理根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)的分析，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致裂紋體脆斷的根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)的分析

2、，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致裂紋體脆斷的判據(jù)是：判據(jù)是： K K=K=Kcc 式中式中K K為為型裂紋應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，它表征裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)型裂紋應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，它表征裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)度，在線彈性條件下，其一般表達(dá)式為的強(qiáng)度，在線彈性條件下，其一般表達(dá)式為 ：式中：式中：Y Y是和裂紋形狀因子，是與試樣類型和加負(fù)荷方式等有關(guān)的量，是和裂紋形狀因子，是與試樣類型和加負(fù)荷方式等有關(guān)的量，也稱幾何因子。也稱幾何因子。 是外加應(yīng)力。是外加應(yīng)力。 是裂紋體內(nèi)的裂紋長(zhǎng)度。是裂紋體內(nèi)的裂紋長(zhǎng)度。K K是一個(gè)復(fù)合力學(xué)參量，其值的大小僅決定于構(gòu)件是一個(gè)復(fù)合力學(xué)參量，其值的大小僅決定于構(gòu)件( (包括裂紋包括裂

3、紋) )的幾何的幾何形狀和尺寸；外加應(yīng)力的大小，分布等。而形狀和尺寸；外加應(yīng)力的大小，分布等。而K KCC是在平面應(yīng)變條件下，是在平面應(yīng)變條件下，材料中材料中型型( (即張開(kāi)型即張開(kāi)型) )裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的臨界裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的臨界值，即材料的平面應(yīng)變斷裂韌度，它是材料固有的抵抗脆性斷裂的一值，即材料的平面應(yīng)變斷裂韌度，它是材料固有的抵抗脆性斷裂的一種力學(xué)性能，是材料的常數(shù)。由上式可知，當(dāng)外加應(yīng)力增高時(shí)，裂紋種力學(xué)性能，是材料的常數(shù)。由上式可知，當(dāng)外加應(yīng)力增高時(shí)，裂紋前端的應(yīng)力強(qiáng)度因子前端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K K也增大，當(dāng)也增大，當(dāng) K K增大到等于某一臨界值

4、，即材增大到等于某一臨界值，即材料的平面應(yīng)變斷裂韌度料的平面應(yīng)變斷裂韌度K KCC時(shí)，也即達(dá)到裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界條件，時(shí)，也即達(dá)到裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界條件，就能導(dǎo)致裂紋體脆斷，此時(shí)外加應(yīng)力就能導(dǎo)致裂紋體脆斷，此時(shí)外加應(yīng)力達(dá)到臨界應(yīng)力達(dá)到臨界應(yīng)力c c，若將，若將=c c，；則：，；則：aykCCkay因此，只要知道帶裂紋試樣的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K的表達(dá)式，試樣的尺寸又能保證裂紋前端處于平面應(yīng)變狀態(tài)下，則只需測(cè)得帶裂紋試樣發(fā)生失穩(wěn)斷裂時(shí)的負(fù)荷Pc,(或應(yīng)力 c)，就可利用已知的K表達(dá)式求出相應(yīng)的臨界值K,即為試祥材料的平面應(yīng)變斷裂韌度KC。本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣，其K表達(dá)式為：其中：式中：P負(fù)荷

5、；B試樣厚度 ；W試樣寬度 ； S跨度 ； a裂紋長(zhǎng)度 其中： 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可出被測(cè)材料的P-V曲線（負(fù)荷位移曲線），從P-V曲線上確定的值（裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界負(fù)荷），計(jì)算出的KQ值。I32PSaKf()wBW122232aaaaa3() (1.99)(1) (2.153.932.7)awwwwwf()waa2(12)(1)ww)(23wafBWSPKQQPQ的確定（斜率降低5%的割線法） 四、實(shí)驗(yàn)試樣及其材料四、實(shí)驗(yàn)試樣及其材料材料：材料：30CrMnSi；870淬火淬火+200回火；回火；Rp0.2=1450Mpa試樣類型：三點(diǎn)彎曲試樣、試樣類型：三點(diǎn)彎曲試樣、S=4W、W=2B、a=（0.4

6、50.55）W 裂紋長(zhǎng)度裂紋長(zhǎng)度a：機(jī)械裂紋：機(jī)械裂紋a0+疲勞裂紋疲勞裂紋af五、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和裝置五、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和裝置 高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)、材料試驗(yàn)機(jī)、夾式引伸計(jì)高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)、材料試驗(yàn)機(jī)、夾式引伸計(jì)（COD規(guī)）、游標(biāo)卡尺、讀數(shù)顯微鏡等。規(guī)）、游標(biāo)卡尺、讀數(shù)顯微鏡等。六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量試樣尺寸測(cè)量試樣尺寸W,B在缺口兩邊貼上兩片刀在缺口兩邊貼上兩片刀口片，如下圖，用來(lái)固口片，如下圖，用來(lái)固定夾式引伸計(jì)定夾式引伸計(jì)刀口安裝部位示意圖刀口安裝部位示意圖 引伸計(jì)示意圖引伸計(jì)示意圖1.將試樣放于試驗(yàn)機(jī)的支承座上，把引伸計(jì)裝在將試樣放于試驗(yàn)機(jī)的支承座上，把引伸計(jì)裝在兩片刀口之中。兩片刀口之中

7、。將試樣放于試驗(yàn)機(jī)的支承座上，把引伸計(jì)裝在兩片刀口之中。調(diào)整試樣放置的位置，使得試驗(yàn)機(jī)的上壓頭中心正好在試樣的裂調(diào)整試樣放置的位置，使得試驗(yàn)機(jī)的上壓頭中心正好在試樣的裂紋延長(zhǎng)線上紋延長(zhǎng)線上。打開(kāi)測(cè)試軟件及試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，對(duì)試樣施加彎曲載荷直到試樣打開(kāi)測(cè)試軟件及試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，對(duì)試樣施加彎曲載荷直到試樣斷裂。斷裂。取下試樣和引伸計(jì)。取下試樣和引伸計(jì)。用讀數(shù)顯微測(cè)量試樣斷口處的平均裂紋長(zhǎng)度用讀數(shù)顯微測(cè)量試樣斷口處的平均裂紋長(zhǎng)度a，a=（a2+a3+a4）/3用用95%斜率割線法，求斜率割線法，求PQ 。計(jì)算計(jì)算KQ：)(23wafBWSPKQQ驗(yàn)算：驗(yàn)算： （1） 22.0)(5.2PQRkB（2）1.1maxQPP 如滿足以上二個(gè)判據(jù)，如滿足以上二個(gè)判據(jù)，K KQ Q才算有效；則才算有效；則K KQ Q=K=KC C，否則，否則K KQ QKKCC。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容。試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容。2筒述測(cè)試原理。筒述測(cè)試原理。3試驗(yàn)材料及試樣尺寸。