钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法ppt课件

1、GB/T19748-2019钢材钢材 夏比夏比V型缺口摆锤冲击实验型缺口摆锤冲击实验 仪器化实验方法仪器化实验方法前言前言 本规范修正采用国际规范本规范修正采用国际规范 ISO 14556-2000。 与国际规范主要差别：与国际规范主要差别： 删去国际规范的前言；删去国际规范的前言； 用小数点用小数点“.替代小数点替代小数点“，；，； 在在“规范性援用文件中援用了与国际规规范性援用文件中援用了与国际规范相对应的国家规范；范相对应的国家规范； 两处术语修正：两处术语修正： ：裂纹启裂力：裂纹启裂力crack initiation force),改为：不改为：不稳定裂纹扩展起始力稳定裂纹扩展起始力

2、(crack initiation force of unstable crack propagation)； ：裂纹终止力：裂纹终止力(crack arrest force),改为：不稳定改为：不稳定裂纹扩展终止力裂纹扩展终止力(crack arrest force of unstable crack propagation)。 相应的位移相应的位移 、 及及 能量能量 、 也作相应的修正。也作相应的修正。 添加附录添加附录D, 把冲击功分解成裂纹构成能和裂纹转播把冲击功分解成裂纹构成能和裂纹转播能。能。iuFaFiuSaSiuWaW1 范围范围 适用于钢材试样的夏比适用于钢材试样的夏比V型

3、缺口摆锤冲击型缺口摆锤冲击 实验，测定与断裂形状相连系的特征能实验，测定与断裂形状相连系的特征能 量，特征力和特征位移。量，特征力和特征位移。2 援用规范援用规范 GB/T229 金属夏比缺口冲击实验方法金属夏比缺口冲击实验方法 GB/T3808 摆锤式冲击实验机的检验摆锤式冲击实验机的检验3 术语和定义术语和定义3.1 力的特征值力的特征值 屈服力：屈服力： ，力位移曲线从直线上升部分向，力位移曲线从直线上升部分向曲线上升部分转变点的力。曲线上升部分转变点的力。 最大力：最大力： ，力位移曲线上力的最大值。，力位移曲线上力的最大值。 不稳定裂纹扩展起始力：不稳定裂纹扩展起始力： ，力位移曲线

4、急，力位移曲线急剧下降开场时的力。剧下降开场时的力。 不稳定裂纹扩展终止力：不稳定裂纹扩展终止力： ，力位移曲线急，力位移曲线急剧下降终止时的力。剧下降终止时的力。gyFmFiuFaF3.2 位移特征值位移特征值屈服位移：屈服位移： ，与屈服力相对应的位移。，与屈服力相对应的位移。最大力时的位移：最大力时的位移： ，与最大力相对应的位移。，与最大力相对应的位移。不稳定裂纹扩展起始位移：不稳定裂纹扩展起始位移： ，不稳定裂纹扩展开场，不稳定裂纹扩展开场时的位移。时的位移。不稳定裂纹扩展终止位移：不稳定裂纹扩展终止位移： ，不稳定裂纹扩展开场时，不稳定裂纹扩展开场时的位移。的位移。总位移：总位移：

5、 ，力位移曲线终了时的位移。，力位移曲线终了时的位移。 gySmSiuSaStS3.3 冲击能量特征值冲击能量特征值 最大力时的能量最大力时的能量: ，力，力-位移曲线下从位移曲线下从s = 0到到s = sm的面积的面积. 不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量: ，力，力-位移曲线位移曲线下从下从s = 0到到s = siu的面积的面积. 不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩展终止能量: ，力，力-位移曲线位移曲线下从下从s = 0到到s = sa的面积的面积. 总冲击能量总冲击能量: ，力，力-位移曲线下从位移曲线下从s = 0到到s = st的面积的面积.mWaWiuWtW4 实验

6、原理实验原理 经过摆锤一次打击夏比冲击试样经过摆锤一次打击夏比冲击试样,丈量和记丈量和记录力录力-位移曲线位移曲线,该曲线下的面积为冲击吸收该曲线下的面积为冲击吸收能量能量. 根据力根据力-位移曲线推断试样变形和断位移曲线推断试样变形和断裂的特性裂的特性.5 力力-位移曲线方程位移曲线方程 为了经过仪器化冲击实验获得试样相关的为了经过仪器化冲击实验获得试样相关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,必需求获得力必需求获得力-位移曲线的表达方程位移曲线的表达方程. 根据牛顿定律根据牛顿定律: (1) maF 和加速度和加速度,速度及位移的表达式速度及位移的表达式: (2) (3)

7、(4)力力F, 加速度加速度a, 速度速度v, 位移位移 s都是时间的函数都是时间的函数.dtdva 22dtsda dtdsv 从式从式(1)和式和式(2),可有可有: (5) (6) (7) mtFdttdva tttvdttFmvtvdttFmtdv000011 由于冲击过程中由于冲击过程中,摆锤速度是减速摆锤速度是减速,即加速度即加速度 a 是负是负的的, 所以有所以有: (8) tdttFmvtv001根据速度与位移的关系根据速度与位移的关系,可得到可得到: (9) (10) dttFmvdtdst 001 dtdttFmttvstttt 00100式式(10)即为位移方程即为位移方

8、程(位移表达式位移表达式).根据动能与势能的关系根据动能与势能的关系: (11)得到摆锤的初始速度得到摆锤的初始速度 (12) mghmv 221ghv20 时间时间t为可测的量为可测的量,由计算机的时基确定由计算机的时基确定.力力-时间曲线时间曲线(F(t)-t曲线曲线)经过力传感器系统测定经过力传感器系统测定.力力F(t)对时间双积分根据力对时间双积分根据力-时间曲线计算时间曲线计算: (12)而而 (13) dttFAttt 0 dttAdtdttFAttttttttt 000式式(12)是是 “力力-时间曲线时间曲线(F-t曲线曲线)下的面下的面积积At . 式式(13)是是 “面积面

9、积-时间曲线时间曲线(At-t曲线曲线)下的面积下的面积. 所以说所以说, 只需冲击实验时测出只需冲击实验时测出 “Ft曲线曲线, 就可以获得就可以获得 “力力-位移曲线位移曲线, 进进而测定特征力而测定特征力, 特征能量特征能量, 特征位移特征位移.图图1 夏比冲击力夏比冲击力-位移曲线和特征值表示位移曲线和特征值表示F0SgySmSiu=SacdefFgyFmFiuSFa图图2 F-t曲线和曲线和At-t曲线下的面积表示曲线下的面积表示 tttdttFA0Ft00tAA-t曲线曲线F-t曲线曲线 dtdttFAtttttt 00Attt0t0At6 实验机允许误差实验机允许误差6.1 冲击

10、实验机的误差要求与冲击实验机的误差要求与GB/T229规范对规范对实验机的要求一样，校准方法亦一样。但对实验机的要求一样，校准方法亦一样。但对于力位移丈量系统的误差按照以下于力位移丈量系统的误差按照以下6.26.5的要求。的要求。6.2 测力系统的静态线性误差要求测力系统的静态线性误差要求 在丈量范围的在丈量范围的10%50%范围范围: 1%; 在丈量范围的在丈量范围的50%100%范围范围: 2%. 如力传感器单独校准时如力传感器单独校准时: 1%.6.2 测力系统的频率呼应测力系统的频率呼应 100HZ.对于钢试对于钢试 样样,信号上升时间信号上升时间 3.5s.6.3 位移丈量系统误差位

11、移丈量系统误差 位移传感器丈量上限为位移传感器丈量上限为30mm.在在1mm30mm 范围内丈量误差范围内丈量误差: 2%.6.4 在力在力-位移曲线下的总能量位移曲线下的总能量,与表盘与表盘 指示能量应指示能量应 5J.7 力位移曲线评定7.1 为了简化评定为了简化评定,把力把力-位移曲线分类为位移曲线分类为A,B,C,D,E和和F六种六种,见规范中的图见规范中的图3. 能量由小到大的顺序能量由小到大的顺序,从从脆到韧脆到韧.7.2 特征力测定特征力测定 屈服力屈服力 Fgy: 力力-位移曲线第位移曲线第2峰的急剧上升部分与拟合曲线峰的急剧上升部分与拟合曲线(穿过穿过振荡曲线拟合曲线振荡曲线

12、拟合曲线)的交点的力值，参见规范中图的交点的力值，参见规范中图2和图和图3的的C,D,E和和F. 最大力最大力 Fm: 穿过振荡曲线拟合曲线上的最大力值，参见规范穿过振荡曲线拟合曲线上的最大力值，参见规范中图中图2和图和图3的的C,D,E和和F. 不稳定裂纹扩展起始力不稳定裂纹扩展起始力 Fiu： 拟合曲线与力位移曲线在最大力之后曲拟合曲线与力位移曲线在最大力之后曲线急剧下降开场时的力，假设该点与最大线急剧下降开场时的力，假设该点与最大力值重合，那么力值重合，那么FIU=Fm参见规范中的图参见规范中的图3的的C，D和和E。 不稳定裂纹扩展终止力不稳定裂纹扩展终止力 Fa： 力位移曲线急剧下降终

13、止时与其后的力力位移曲线急剧下降终止时与其后的力位移曲线的交点的力，参见规范中图位移曲线的交点的力，参见规范中图3的的A,B,C,D,和和E，对于规范中图，对于规范中图3的的A、C型型曲线，曲线，Fa=0。 7.3 位移特征值的测定位移特征值的测定 按照测定的特征力对应的横坐标确定按照测定的特征力对应的横坐标确定为特征位移。为特征位移。 当力位移曲线不与横坐标轴相交时，当力位移曲线不与横坐标轴相交时，取取F=0.02Fm所对应的横坐标确定为终所对应的横坐标确定为终点计算总位移。点计算总位移。7.4 冲击能量值特征值的测定冲击能量值特征值的测定 参见规范中图参见规范中图3 最大力能量最大力能量

14、Wm： 力位移曲线下从力位移曲线下从s=0到到s=sm的面积。的面积。 不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量 Wiu： 力位移曲线下从力位移曲线下从s=0到到s=siu的面积。的面积。 不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩展终止能量Wa： 力位移曲线下从力位移曲线下从s=0到到s=sa的面积。的面积。 总冲击能量总冲击能量 Wt： 力位移曲线下从力位移曲线下从s=0到到s=st的面积。的面积。 由于力位移曲线在由于力位移曲线在Fiu 和和Fa之间之间急剧下降，普通都会产生急剧下降，普通都会产生WiuWa。 裂纹构成能量裂纹构成能量 Wi ： 力位移曲线下从力位移曲线下从s=0到到s=sm

15、的面积的面积近似地近似地WiWm。 裂纹扩展能量裂纹扩展能量 WP： 力位移曲线下从力位移曲线下从s=sm到到s=st的面积的面积,即即WP=Wt-Wi7.5 韧性断面率的测定 力位移曲线或力时间曲线没有呈力位移曲线或力时间曲线没有呈现急剧下降现急剧下降(见规范中图见规范中图3的的F型曲线。型曲线。那么断裂外表的韧性断面率可定义为那么断裂外表的韧性断面率可定义为断裂外表的断裂外表的100；假设力发生急剧下；假设力发生急剧下降，那么下降的数量与力的特征值有降，那么下降的数量与力的特征值有关，韧性断面率可参见规范的附录关，韧性断面率可参见规范的附录C,近似测定。近似测定。 附录C中给出的公式是 “

16、阅历公式 ，并不是普统统用性的。按照附录所述，误差能够达20。 在实践实验观测中发现，韧性断面率剪切面积百分数与差量Fiu-Fa关系亲密，这差量添加，韧性断面率随之添加，当为零时，韧性断面率100，于是构造一个函数表达这种趋向： 14 %10011 maiuFFFC 这是根本表示式，附录中其他公式是在这这是根本表示式，附录中其他公式是在这公式根底上结合实际阅历数据进展修正和公式根底上结合实际阅历数据进展修正和细化，但都是带近似性的。细化，但都是带近似性的。 虽然公式带阅历性，但给实现自动化测定虽然公式带阅历性，但给实现自动化测定夏比冲击试样韧性断面率的方法指引出一夏比冲击试样韧性断面率的方法指引出一种方向。种方向。7.6 仪器化冲击实验与传统冲击实验的异同仪器化冲击实验与传统冲击实验的异同 实验原理和实验过程上，两者没有本质的实验原理和实验过程上，两者没有本质的区别，都是用规定外形和尺寸带单边缺口区别，都是用规定外形和尺寸带单边缺口V形缺口的夏比试样，经过摆锤一次打形缺口的夏比试样，经过摆锤一次打击冲断试样，测定冲击性能。但对有用信击冲断试样，测定冲击性能。但