金屬材料疲勞裂紋擴展門檻值測定

1、材料力學(xué)性能實驗報告姓名：劉玲班級：材料91學(xué)號：09021004成績：實驗名稱金屬材料疲勞裂紋擴展門檻值測定實驗?zāi)康牧私馄诹鸭y擴展門檻值測定的一般方法和數(shù)據(jù)處理過程，增加 對斷裂力學(xué)用于研究疲勞裂紋擴展過程門檻值的作用和認識。實驗設(shè)備高頻疲勞試驗機一臺工具讀數(shù)顯微鏡一臺千分尺一把三點彎曲試樣一件試樣小意圖其余丁卜4.一 .s1_浦，.卜 3TW/8 夕關(guān)K3|0.- 151V表L|-1j=危jh-1-v7/ ， 一，大丁 g_._，11o.時且 8二 W/16 251Hl0-04! 1/ 0.04 5 J1 0.04 A試驗結(jié)果測量試樣尺寸。在本次實驗中，試樣厚度B=12.50mm，寬度為

2、25.00mm。其他數(shù)據(jù)見附表“疲勞 裂紋門檻測定數(shù)據(jù)”。疲勞裂紋擴展門檻值的計算近門檻值附近的da/dN近門檻值附近的da/dN可用割線法處理數(shù)據(jù)，其表達式為：(da/d N)= ( a - a ) / ( N - N )(_)利用上式，可在a-N曲線上計算連接相鄰兩個數(shù)據(jù)點的直線斜率。AK由于計算的da / dN是增量(a - a )的平均速率，故平均裂紋長度(a +a )/2只能i+1ii+1 i用來計算AK的值。_L|o. 082/D. 04a 04A對于三點彎曲試樣，有以下經(jīng)驗公式：1.99 -a (1-a )(2.15 - 3.93 a + 2.7 a 2) (1-2) P 6a

3、1/2 TOC o 1-5 h z K =maxBW 1/2 (1 + 2a )(1 -a )3/2其中，a = a/W。而對應(yīng)于(da/dN )的 K的值通過取每級力值的平均裂紋長度(a +a )/2和對應(yīng) 的P代入相應(yīng)的 K表達式中計算得到。+13)疲勞裂紋門檻值的確定求得da / dN和 K之后，根據(jù)Pairs公式：da / dN = C ( K)叮(1-3)式中，C和n為最佳擬合直線的截距和斜率，且為材料有關(guān)的常數(shù)。對方程(11-3)兩邊取對數(shù)，得到：lg( da / dN) = lg C + n lg( K)(1-4)按式(1-3)作出ig(da / dN) - lg( K)關(guān)系曲線

4、，求出Paris公式中材料常數(shù)c和n。 根據(jù)da/dN= da/dN=10 -7 mm/cycle計算對應(yīng)的 K值，確定出疲勞裂紋門檻值kK。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及以上原理公式，數(shù)據(jù)處理結(jié)果列于下表1表1裂紋門檻值測量數(shù)據(jù)處理降力級數(shù)P (N)a(mm)N( x 104)Kda/dNlgAKlg(da/dN)190002.329.04281002.613.54.85E+028.29E-062.686-5.082372902.933.44.59E+029.41E-062.662-5.026465603.333.34.37E+021.21E-052.640-4.916559003.624.054.12E+

5、027.16E-062.615-5.145653103.8543.83E+025.75E-062.583-5.240747804.126.83.56E+023.97E-062.551-5.401843004.358.13.30E+022.84E-062.518-5.547938704.49203.03E+027.00E-072.482-6.1551034804.6124276.91555.00E-072.442-6.3011131304.67100251.53276.00E-082.401-7.222根據(jù)以上數(shù)據(jù)可做得lg( da / dN) - lg( K)關(guān)系曲線-4.8-4.9-5-5.

6、1N冒-5.2g0-5.3-5.4-5.5-5.62.52.552.62.652.72.75log(AK)給出直線方程，可直接得到斜率n =2.9435，截距為logC =-12.9006,C = 1.2573 x 10-1加關(guān)系數(shù)為0.9031。從而，可得Paris公式為：da/dN =1.2573 x 10-13 (AK) 2.9435(1)將da/dN=10 -7mm/cycle代入(1)，得到疲勞裂紋門檻值為AK =101.0696 M Pa -mm1/2 =3.196 M Pa -m。思考題：分析討論金屬材料疲勞裂紋擴展速率和疲勞裂紋門檻值測試原理和方法的異同答：相同點：1）均采用的

7、是三點彎曲試樣，且試樣相同。2）試驗程序的前兩部都為測量試樣尺寸，預(yù)制疲勞裂紋。3）裂紋擴展速率da/dN和應(yīng)力強度因子幅度K的處理方法相同。4）在測量時都是以Paris公式作為數(shù)據(jù)處理的依據(jù)，或者說以疲勞裂紋擴展速率 曲線的第二階段為主要依據(jù)的。不同點：1）測量疲勞裂紋門檻值時采用的加載方式是降K程序。在力值比R不變的條件下，用自動或手動的降K程序來實現(xiàn)。初始的應(yīng)力強度因子范圍可以選擇等于或 大于預(yù)制疲勞裂紋時最終AK值，以后隨著裂紋的擴展而連續(xù)降力或分級降 力。而在研究疲勞裂紋擴展速率時的最大交變載荷為恒定值。2）金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗主要是在裂紋擴展的第一階段測定，而金屬材料疲勞裂紋門檻值試驗需要在裂紋擴展的第一、二階段測定；3）試驗程序不同，金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗有試樣參數(shù)的選擇