金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定

1、材料力学性能实验报告姓名：刘玲班级：材料91学号：09021004成绩：实验名称金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定实验目的了解疲劳裂纹扩展门槛值测定的一般方法和数据处理过程，增加 对断裂力学用于研究疲劳裂纹扩展过程门槛值的作用和认识。实验设备高频疲劳试验机一台工具读数显微镜一台千分尺一把三点弯曲试样一件试样小意图其余丁卜4.一 .s1_浦，.卜 3TW/8 夕关K3|0.- 151V表L|-1j=危jh-1-v7/ ， 一，大丁 g_._，11o.时且 8二 W/16 251Hl0-04! 1/ 0.04 5 J1 0.04 A试验结果测量试样尺寸。在本次实验中，试样厚度B=12.50mm，宽度为

2、25.00mm。其他数据见附表“疲劳 裂纹门槛测定数据”。疲劳裂纹扩展门槛值的计算近门槛值附近的da/dN近门槛值附近的da/dN可用割线法处理数据，其表达式为：(da/d N)= ( a - a ) / ( N - N )(_)利用上式，可在a-N曲线上计算连接相邻两个数据点的直线斜率。AK由于计算的da / dN是增量(a - a )的平均速率，故平均裂纹长度(a +a )/2只能i+1ii+1 i用来计算AK的值。_L|o. 082/D. 04a 04A对于三点弯曲试样，有以下经验公式：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。而对应于(da/dN )的 K的值通过取每级力值的平均裂纹长度(a +a )/2和对应 的P代入相应的 K表达式中计算得到。+13)疲劳裂纹门槛值的确定求得da / dN和 K之后，根据Pairs公式：da / dN = C ( K)叮(1-3)式中，C和n为最佳拟合直线的截距和斜率，且为材料有关的常数。对方程(11-3)两边取对数，得到：lg( da / dN) = lg C + n lg( K)(1-4)按式(1-3)作出ig(da / dN) - lg( K)关系曲线

4、，求出Paris公式中材料常数c和n。 根据da/dN= da/dN=10 -7 mm/cycle计算对应的 K值，确定出疲劳裂纹门槛值kK。根据实验数据及以上原理公式，数据处理结果列于下表1表1裂纹门槛值测量数据处理降力级数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根据以上数据可做得lg( da / dN) - lg( K)关系曲线-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)给出直线方程，可直接得到斜率n =2.9435，截距为logC =-12.9006,C = 1.2573 x 10-1加关系数为0.9031。从而，可得Paris公式为：da/dN =1.2573 x 10-13 (AK) 2.9435(1)将da/dN=10 -7mm/cycle代入(1)，得到疲劳裂纹门槛值为AK =101.0696 M Pa -mm1/2 =3.196 M Pa -m。思考题：分析讨论金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值测试原理和方法的异同答：相同点：1）均采用的

7、是三点弯曲试样，且试样相同。2）试验程序的前两部都为测量试样尺寸，预制疲劳裂纹。3）裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅度K的处理方法相同。4）在测量时都是以Paris公式作为数据处理的依据，或者说以疲劳裂纹扩展速率 曲线的第二阶段为主要依据的。不同点：1）测量疲劳裂纹门槛值时采用的加载方式是降K程序。在力值比R不变的条件下，用自动或手动的降K程序来实现。初始的应力强度因子范围可以选择等于或 大于预制疲劳裂纹时最终AK值，以后随着裂纹的扩展而连续降力或分级降 力。而在研究疲劳裂纹扩展速率时的最大交变载荷为恒定值。2）金属材料疲劳裂纹扩展速率试验主要是在裂纹扩展的第一阶段测定，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验需要在裂纹扩展的第一、二阶段测定；3）试验程序不同，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验有试样参数的选择