(完整版)平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案

平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案1C姓名：江维学号：M05O110110指导老师：钱士强学院：材料工程学院

一、试样制备1.材料：先用40刚表材料热处理状态强度指标osMP”saK[CMN/m3/240刚860oC正火29470.7〜71.92.试样尺寸确定图1厚度：为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的b和KIC的估计值，根据0.2IC上式确定试件的最小厚度，在尺寸之间的关系确定试件的其它尺寸。KIC的估计值可以借用相近材料的KIC值，也可根据材料的b/E的值确定IC0.2试件的尺寸，如下表所示：表二试样的推荐尺寸o/E0.2B、a(mm)o/E0.2B、a(mm)0.0050—0.0057750.0071—0.0075320.0057—0.0062630.0075—0.0080250.0062—0.0065500.0080—0.0085200.0065—0.0068440.0085—0.010012.50.0068—0.007138>0.01006.5K当确知2.5(—&)2比表中推荐尺寸小得多时，可采用较小试件.在试验0.2K测得有效KIC结果后，可在随后试验中将尺寸减少到a、B>2.5(—©)20.2B三2.5(K1c/gs)2三2.5(71.9/294)2=0.1496m所以取B=0.15m.高度：TOC\o"1-5"\h\za±50r~2.5(K1c/g)2①y1Cs(W-a)22.5(K1C/Gs)2②由①+②得W三2*2.5(K1c/gs)2,所以取W=0.3m。长度：跨距：S=4W+0.2W=1.26m.长度L>S,所以取L=1.4m。表三材料B(m)W(m)L(m)40钢0.150.31.4、预制疲劳裂纹为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹，使得到的K1C数据可以对比和实际应用，试件必须在疲劳试验机上预制疲劳裂纹。预制疲劳裂纹开始时，最大疲劳载荷应使应力强度因子的最大值不超过K1C的80%,疲劳载荷的最低值应使最低值与最小值之比在-1与0.1之间。在疲劳裂纹扩张的最后阶段，至少在2.5%a的扩展中，应当减少最大载荷或位移，使疲劳应力强度因子的最低值KfmaxW0.6K1CKfmax/Ev0,0032m1/2。同时调整最小载荷或位移，使载荷比乃在-1〜0.1之间。表四开始阶段P=250TmaxP.=20Tmin最后阶段P=180TP.=15Tmaxmin其方法是：先用线切割机在试样上切割0.14m长的机械切口，然后在疲劳试验系上使试样承受循环变应力，引发尖锐的疲劳裂纹，约为0.01m。，观察裂纹是否长到刻线处。预制疲劳裂纹时，应仔细监测试样两侧裂纹的萌生情况，避免两侧裂纹三、试样尺寸测量1、试件厚度应在疲劳裂纹前缘韧带部分测量三次B],B2,B3，取其平均值作为B=(B1+B2+B3)/3o测量精度要求0.02mm或0.1%B，取其中较大者记录。2、试件高度应在切口附近测量三次W],W2,W3，取其平均值作为W=(W1+W2+W3)/3,测量精度要求0.02mm或0.1%W，取其中较大者记录。四、实验程序1、在试件上粘贴刀口以便能安装夹式引伸计，刀口外线间距不得超过22mm,安装夹式引伸计时要使刀口和引伸计的凹槽配合好；2、将试样按图2—3装置安放好图2三点弯曲试样试验装置示意图3、标定夹式引伸计；4、开动拉伸机，缓慢匀速加载，直至试样明显开裂，停机。曲线上记录下载荷和刀口张开位移之间的曲线；5、取下夹式引伸计，开动引伸机，将试样压断，停机取下试样；6、记录试验温度和断口外貌。

五、实验结果处理（一）（1）确定条件临界载荷PqP-V曲线如图3所示一般分为三种类型，即稳定扩展型I,局部扩展型II和失稳扩展型五、实验结果处理（一）（1）确定条件临界载荷PqP-V曲线如图3所示一般分为三种类型，即稳定扩展型I,局部扩展型II和失稳扩展型III。在P-V曲线上要确定裂纹长度的表观扩展量为2%的载荷即Pq，而2%的裂纹扩展量对应的裂纹嘴/稳定扩展型,3张开位移的相对增量为5%。确定Pq的方法如下：过原点作直线0A，使0A的斜率为P-V曲线初始直线斜率的95%,载荷为P。5•对于失稳扩展型，其Pq=Pmax；样断尸载荷I]局部扩展型/图3典型P-V曲线111失稳扩展型直线与P-V曲线的交点对应的55q对于稳定扩展型Pq=P5o要求Pmax/Pq<1.1，否则试验无效。（2）测量裂纹长度裂纹长度a用工具显微镜或其它精密测量仪器测量。图4为试件断口示意图，考虑到裂纹前缘的不平直，规定在1/4B；1/2B；3/4B位置上测量裂纹长度a2,a3,a4取其平均值a二（a+a+a）/3作为裂纹长度。要求a2，a3，a4234234任意两个测量值之差都不得大于a的10%，而且％、，a5之差也不得大于a的10%。（3）计算条件断裂韧度Kq及有效性检验将条件临界载荷Pq和裂纹长度a代入K［表达式计算条件断裂韧度Kq，并对Kq进行有效性检验。有效性条件如下：（a）B>2.5（K/Q）2TOC\o"1-5"\h\zq0.2图4试口示意图a>2.5(K/c)2图4试口示意图q0.2W-a>2.5(K/c)2q0.2（b）P/P<1.1maxqc）K<60%Kfmaxq（d）a2_a3、a3-a4、a4-a2<10%a；a1-a5<10%ao由各项均满足要求，则q=KIC,否则试验结果无效。二）1、从记录的P-V曲线上按规定来确定Pq值；1）求P—V曲线直线段的斜率b：根据P—V曲线图形找出直线段的P、V数据-一任选一空白单元格-一点击fx（插入函数）一选统计函数SLOPE（确定）一X选直线段的V数据区；Y选直线段的P数据区，（确定）--单元格显示该斜率b。2）作直线，其斜率b=P—V曲线直线段斜率b的95%：0.95选一空白单元列作为Y数据列--计算直线各点的Y坐标值即：Y=各点V值X0.950.95b并填入Y数据列-一选中图表-一选原数据菜单-一添加新系列—7值仍选V0.90.9数据区；Y选Y数据区（确定）0.93）直线与P—V曲线的交点即为P5点。4）Pq值应当满足Pmax/Pq<1.1,否者实验无效。2、裂纹长度用读数显微镜测出五个读数a2、裂纹长度用读数显微镜测出五个读数a「a2、a3、a4和/r/