鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)儀器化試驗(yàn)方法ppt課件

1、GB/T19748-2019鋼材鋼材 夏比夏比V型缺口擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)型缺口擺錘沖擊實(shí)驗(yàn) 儀器化實(shí)驗(yàn)方法儀器化實(shí)驗(yàn)方法前言前言 本規(guī)范修正采用國(guó)際規(guī)范本規(guī)范修正采用國(guó)際規(guī)范 ISO 14556-2000。 與國(guó)際規(guī)范主要差別：與國(guó)際規(guī)范主要差別： 刪去國(guó)際規(guī)范的前言；刪去國(guó)際規(guī)范的前言； 用小數(shù)點(diǎn)用小數(shù)點(diǎn)“.替代小數(shù)點(diǎn)替代小數(shù)點(diǎn)“，；，； 在在“規(guī)范性援用文件中援用了與國(guó)際規(guī)規(guī)范性援用文件中援用了與國(guó)際規(guī)范相對(duì)應(yīng)的國(guó)家規(guī)范；范相對(duì)應(yīng)的國(guó)家規(guī)范； 兩處術(shù)語(yǔ)修正：兩處術(shù)語(yǔ)修正： ：裂紋啟裂力：裂紋啟裂力crack initiation force),改為：不改為：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力

2、(crack initiation force of unstable crack propagation)； ：裂紋終止力：裂紋終止力(crack arrest force),改為：不穩(wěn)定改為：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力裂紋擴(kuò)展終止力(crack arrest force of unstable crack propagation)。 相應(yīng)的位移相應(yīng)的位移 、 及及 能量能量 、 也作相應(yīng)的修正。也作相應(yīng)的修正。 添加附錄添加附錄D, 把沖擊功分解成裂紋構(gòu)成能和裂紋轉(zhuǎn)播把沖擊功分解成裂紋構(gòu)成能和裂紋轉(zhuǎn)播能。能。iuFaFiuSaSiuWaW1 范圍范圍 適用于鋼材試樣的夏比適用于鋼材試樣的夏比V型

3、缺口擺錘沖擊型缺口擺錘沖擊 實(shí)驗(yàn)，測(cè)定與斷裂形狀相連系的特征能實(shí)驗(yàn)，測(cè)定與斷裂形狀相連系的特征能 量，特征力和特征位移。量，特征力和特征位移。2 援用規(guī)范援用規(guī)范 GB/T229 金屬夏比缺口沖擊實(shí)驗(yàn)方法金屬夏比缺口沖擊實(shí)驗(yàn)方法 GB/T3808 擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)3 術(shù)語(yǔ)和定義術(shù)語(yǔ)和定義3.1 力的特征值力的特征值 屈服力：屈服力： ，力位移曲線從直線上升部分向，力位移曲線從直線上升部分向曲線上升部分轉(zhuǎn)變點(diǎn)的力。曲線上升部分轉(zhuǎn)變點(diǎn)的力。 最大力：最大力： ，力位移曲線上力的最大值。，力位移曲線上力的最大值。 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力： ，力位移曲線

4、急，力位移曲線急劇下降開場(chǎng)時(shí)的力。劇下降開場(chǎng)時(shí)的力。 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力： ，力位移曲線急，力位移曲線急劇下降終止時(shí)的力。劇下降終止時(shí)的力。gyFmFiuFaF3.2 位移特征值位移特征值屈服位移：屈服位移： ，與屈服力相對(duì)應(yīng)的位移。，與屈服力相對(duì)應(yīng)的位移。最大力時(shí)的位移：最大力時(shí)的位移： ，與最大力相對(duì)應(yīng)的位移。，與最大力相對(duì)應(yīng)的位移。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始位移：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始位移： ，不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展開場(chǎng)，不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展開場(chǎng)時(shí)的位移。時(shí)的位移。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止位移：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止位移： ，不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展開場(chǎng)時(shí)，不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展開場(chǎng)時(shí)的位移。的位移?？偽灰疲嚎偽灰疲?/p>

5、 ，力位移曲線終了時(shí)的位移。，力位移曲線終了時(shí)的位移。 gySmSiuSaStS3.3 沖擊能量特征值沖擊能量特征值 最大力時(shí)的能量最大力時(shí)的能量: ，力，力-位移曲線下從位移曲線下從s = 0到到s = sm的面積的面積. 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量: ，力，力-位移曲線位移曲線下從下從s = 0到到s = siu的面積的面積. 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量: ，力，力-位移曲線位移曲線下從下從s = 0到到s = sa的面積的面積. 總沖擊能量總沖擊能量: ，力，力-位移曲線下從位移曲線下從s = 0到到s = st的面積的面積.mWaWiuWtW4 實(shí)驗(yàn)

6、原理實(shí)驗(yàn)原理 經(jīng)過(guò)擺錘一次打擊夏比沖擊試樣經(jīng)過(guò)擺錘一次打擊夏比沖擊試樣,丈量和記丈量和記錄力錄力-位移曲線位移曲線,該曲線下的面積為沖擊吸收該曲線下的面積為沖擊吸收能量能量. 根據(jù)力根據(jù)力-位移曲線推斷試樣變形和斷位移曲線推斷試樣變形和斷裂的特性裂的特性.5 力力-位移曲線方程位移曲線方程 為了經(jīng)過(guò)儀器化沖擊實(shí)驗(yàn)獲得試樣相關(guān)的為了經(jīng)過(guò)儀器化沖擊實(shí)驗(yàn)獲得試樣相關(guān)的特征能量特征能量,特征位移和特征力特征位移和特征力,必需求獲得力必需求獲得力-位移曲線的表達(dá)方程位移曲線的表達(dá)方程. 根據(jù)牛頓定律根據(jù)牛頓定律: (1) maF 和加速度和加速度,速度及位移的表達(dá)式速度及位移的表達(dá)式: (2) (3)

7、(4)力力F, 加速度加速度a, 速度速度v, 位移位移 s都是時(shí)間的函數(shù)都是時(shí)間的函數(shù).dtdva 22dtsda dtdsv 從式從式(1)和式和式(2),可有可有: (5) (6) (7) mtFdttdva tttvdttFmvtvdttFmtdv000011 由于沖擊過(guò)程中由于沖擊過(guò)程中,擺錘速度是減速擺錘速度是減速,即加速度即加速度 a 是負(fù)是負(fù)的的, 所以有所以有: (8) tdttFmvtv001根據(jù)速度與位移的關(guān)系根據(jù)速度與位移的關(guān)系,可得到可得到: (9) (10) dttFmvdtdst 001 dtdttFmttvstttt 00100式式(10)即為位移方程即為位移方

8、程(位移表達(dá)式位移表達(dá)式).根據(jù)動(dòng)能與勢(shì)能的關(guān)系根據(jù)動(dòng)能與勢(shì)能的關(guān)系: (11)得到擺錘的初始速度得到擺錘的初始速度 (12) mghmv 221ghv20 時(shí)間時(shí)間t為可測(cè)的量為可測(cè)的量,由計(jì)算機(jī)的時(shí)基確定由計(jì)算機(jī)的時(shí)基確定.力力-時(shí)間曲線時(shí)間曲線(F(t)-t曲線曲線)經(jīng)過(guò)力傳感器系統(tǒng)測(cè)定經(jīng)過(guò)力傳感器系統(tǒng)測(cè)定.力力F(t)對(duì)時(shí)間雙積分根據(jù)力對(duì)時(shí)間雙積分根據(jù)力-時(shí)間曲線計(jì)算時(shí)間曲線計(jì)算: (12)而而 (13) dttFAttt 0 dttAdtdttFAttttttttt 000式式(12)是是 “力力-時(shí)間曲線時(shí)間曲線(F-t曲線曲線)下的面下的面積積At . 式式(13)是是 “面積面

9、積-時(shí)間曲線時(shí)間曲線(At-t曲線曲線)下的面積下的面積. 所以說(shuō)所以說(shuō), 只需沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)出只需沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)出 “Ft曲線曲線, 就可以獲得就可以獲得 “力力-位移曲線位移曲線, 進(jìn)進(jìn)而測(cè)定特征力而測(cè)定特征力, 特征能量特征能量, 特征位移特征位移.圖圖1 夏比沖擊力夏比沖擊力-位移曲線和特征值表示位移曲線和特征值表示F0SgySmSiu=SacdefFgyFmFiuSFa圖圖2 F-t曲線和曲線和At-t曲線下的面積表示曲線下的面積表示 tttdttFA0Ft00tAA-t曲線曲線F-t曲線曲線 dtdttFAtttttt 00Attt0t0At6 實(shí)驗(yàn)機(jī)允許誤差實(shí)驗(yàn)機(jī)允許誤差6.1 沖擊

10、實(shí)驗(yàn)機(jī)的誤差要求與沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的誤差要求與GB/T229規(guī)范對(duì)規(guī)范對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)的要求一樣，校準(zhǔn)方法亦一樣。但對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)的要求一樣，校準(zhǔn)方法亦一樣。但對(duì)于力位移丈量系統(tǒng)的誤差按照以下于力位移丈量系統(tǒng)的誤差按照以下6.26.5的要求。的要求。6.2 測(cè)力系統(tǒng)的靜態(tài)線性誤差要求測(cè)力系統(tǒng)的靜態(tài)線性誤差要求 在丈量范圍的在丈量范圍的10%50%范圍范圍: 1%; 在丈量范圍的在丈量范圍的50%100%范圍范圍: 2%. 如力傳感器單獨(dú)校準(zhǔn)時(shí)如力傳感器單獨(dú)校準(zhǔn)時(shí): 1%.6.2 測(cè)力系統(tǒng)的頻率呼應(yīng)測(cè)力系統(tǒng)的頻率呼應(yīng) 100HZ.對(duì)于鋼試對(duì)于鋼試 樣樣,信號(hào)上升時(shí)間信號(hào)上升時(shí)間 3.5s.6.3 位移丈量系統(tǒng)誤差位

11、移丈量系統(tǒng)誤差 位移傳感器丈量上限為位移傳感器丈量上限為30mm.在在1mm30mm 范圍內(nèi)丈量誤差范圍內(nèi)丈量誤差: 2%.6.4 在力在力-位移曲線下的總能量位移曲線下的總能量,與表盤與表盤 指示能量應(yīng)指示能量應(yīng) 5J.7 力位移曲線評(píng)定7.1 為了簡(jiǎn)化評(píng)定為了簡(jiǎn)化評(píng)定,把力把力-位移曲線分類為位移曲線分類為A,B,C,D,E和和F六種六種,見(jiàn)規(guī)范中的圖見(jiàn)規(guī)范中的圖3. 能量由小到大的順序能量由小到大的順序,從從脆到韌脆到韌.7.2 特征力測(cè)定特征力測(cè)定 屈服力屈服力 Fgy: 力力-位移曲線第位移曲線第2峰的急劇上升部分與擬合曲線峰的急劇上升部分與擬合曲線(穿過(guò)穿過(guò)振蕩曲線擬合曲線振蕩曲線

12、擬合曲線)的交點(diǎn)的力值，參見(jiàn)規(guī)范中圖的交點(diǎn)的力值，參見(jiàn)規(guī)范中圖2和圖和圖3的的C,D,E和和F. 最大力最大力 Fm: 穿過(guò)振蕩曲線擬合曲線上的最大力值，參見(jiàn)規(guī)范穿過(guò)振蕩曲線擬合曲線上的最大力值，參見(jiàn)規(guī)范中圖中圖2和圖和圖3的的C,D,E和和F. 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力 Fiu： 擬合曲線與力位移曲線在最大力之后曲擬合曲線與力位移曲線在最大力之后曲線急劇下降開場(chǎng)時(shí)的力，假設(shè)該點(diǎn)與最大線急劇下降開場(chǎng)時(shí)的力，假設(shè)該點(diǎn)與最大力值重合，那么力值重合，那么FIU=Fm參見(jiàn)規(guī)范中的圖參見(jiàn)規(guī)范中的圖3的的C，D和和E。 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力 Fa： 力位移曲線急劇下降終

13、止時(shí)與其后的力力位移曲線急劇下降終止時(shí)與其后的力位移曲線的交點(diǎn)的力，參見(jiàn)規(guī)范中圖位移曲線的交點(diǎn)的力，參見(jiàn)規(guī)范中圖3的的A,B,C,D,和和E，對(duì)于規(guī)范中圖，對(duì)于規(guī)范中圖3的的A、C型型曲線，曲線，F(xiàn)a=0。 7.3 位移特征值的測(cè)定位移特征值的測(cè)定 按照測(cè)定的特征力對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)確定按照測(cè)定的特征力對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)確定為特征位移。為特征位移。 當(dāng)力位移曲線不與橫坐標(biāo)軸相交時(shí)，當(dāng)力位移曲線不與橫坐標(biāo)軸相交時(shí)，取取F=0.02Fm所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)確定為終所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)確定為終點(diǎn)計(jì)算總位移。點(diǎn)計(jì)算總位移。7.4 沖擊能量值特征值的測(cè)定沖擊能量值特征值的測(cè)定 參見(jiàn)規(guī)范中圖參見(jiàn)規(guī)范中圖3 最大力能量最大力能量

14、Wm： 力位移曲線下從力位移曲線下從s=0到到s=sm的面積。的面積。 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量 Wiu： 力位移曲線下從力位移曲線下從s=0到到s=siu的面積。的面積。 不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量Wa： 力位移曲線下從力位移曲線下從s=0到到s=sa的面積。的面積。 總沖擊能量總沖擊能量 Wt： 力位移曲線下從力位移曲線下從s=0到到s=st的面積。的面積。 由于力位移曲線在由于力位移曲線在Fiu 和和Fa之間之間急劇下降，普通都會(huì)產(chǎn)生急劇下降，普通都會(huì)產(chǎn)生WiuWa。 裂紋構(gòu)成能量裂紋構(gòu)成能量 Wi ： 力位移曲線下從力位移曲線下從s=0到到s=sm

15、的面積的面積近似地近似地WiWm。 裂紋擴(kuò)展能量裂紋擴(kuò)展能量 WP： 力位移曲線下從力位移曲線下從s=sm到到s=st的面積的面積,即即WP=Wt-Wi7.5 韌性斷面率的測(cè)定 力位移曲線或力時(shí)間曲線沒(méi)有呈力位移曲線或力時(shí)間曲線沒(méi)有呈現(xiàn)急劇下降現(xiàn)急劇下降(見(jiàn)規(guī)范中圖見(jiàn)規(guī)范中圖3的的F型曲線。型曲線。那么斷裂外表的韌性斷面率可定義為那么斷裂外表的韌性斷面率可定義為斷裂外表的斷裂外表的100；假設(shè)力發(fā)生急劇下；假設(shè)力發(fā)生急劇下降，那么下降的數(shù)量與力的特征值有降，那么下降的數(shù)量與力的特征值有關(guān)，韌性斷面率可參見(jiàn)規(guī)范的附錄關(guān)，韌性斷面率可參見(jiàn)規(guī)范的附錄C,近似測(cè)定。近似測(cè)定。 附錄C中給出的公式是 “

16、閱歷公式 ，并不是普統(tǒng)統(tǒng)用性的。按照附錄所述，誤差能夠達(dá)20。 在實(shí)踐實(shí)驗(yàn)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，韌性斷面率剪切面積百分?jǐn)?shù)與差量Fiu-Fa關(guān)系親密，這差量添加，韌性斷面率隨之添加，當(dāng)為零時(shí)，韌性斷面率100，于是構(gòu)造一個(gè)函數(shù)表達(dá)這種趨向： 14 %10011 maiuFFFC 這是根本表示式，附錄中其他公式是在這這是根本表示式，附錄中其他公式是在這公式根底上結(jié)合實(shí)際閱歷數(shù)據(jù)進(jìn)展修正和公式根底上結(jié)合實(shí)際閱歷數(shù)據(jù)進(jìn)展修正和細(xì)化，但都是帶近似性的。細(xì)化，但都是帶近似性的。 雖然公式帶閱歷性，但給實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)定雖然公式帶閱歷性，但給實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)定夏比沖擊試樣韌性斷面率的方法指引出一夏比沖擊試樣韌性斷面率的方法指引出一種方向。種方向。7.6 儀器化沖擊實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)沖擊實(shí)驗(yàn)的異同儀器化沖擊實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)沖擊實(shí)驗(yàn)的異同 實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程上，兩者沒(méi)有本質(zhì)的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程上，兩者沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，都是用規(guī)定外形和尺寸帶單邊缺口區(qū)別，都是用規(guī)定外形和尺寸帶單邊缺口V形缺口的夏比試樣，經(jīng)過(guò)擺錘一次打形缺口的夏比試樣，經(jīng)過(guò)擺錘一次打擊沖斷試樣，測(cè)定沖擊性能。但對(duì)有用信擊沖斷試樣，測(cè)定沖擊性能。但