平面应变断裂韧度kⅠc的测定.ppt

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1、金属力学性能实验平面应变断裂韧度kⅠc的测定一、实验目的1．正确掌握平面应变断裂韧度kⅠc的测试方法。2．了解测定kⅠc所需的仪器设备装置。二、实验内容1.测定被测材料的P-V的曲线，计算条件断韧度KQ值。2．验算实验所得KQ值，确定有效KⅠC值。三、基本概念和测试原理根据线弹性断裂力学的分析，裂纹发生失稳扩展而导致裂纹体脆断的判据是：KⅠ=KⅠc式中KⅠ为Ⅰ型裂纹应力场强度因子，它表征裂纹尖端附近应力场的强度，在线弹性条件下，其一般表达式为：式中：Y是和裂纹形状因子，是与试样类型和加负荷方式等有关的量，也称几何因子。σ是外加应力。α是裂纹体内的裂纹长度。KⅠ是一个复合力学

2、参量，其值的大小仅决定于构件(包括裂纹)的几何形状和尺寸；外加应力的大小，分布等。而KⅠC是在平面应变条件下，材料中Ⅰ型(即张开型)裂纹发生失稳扩展时的应力场强度因子的临界值，即材料的平面应变断裂韧度，它是材料固有的抵抗脆性断裂的一种力学性能，是材料的常数。由上式可知，当外加应力增高时，裂纹前端的应力强度因子KⅠ也增大，当KⅠ增大到等于某一临界值，即材料的平面应变断裂韧度KⅠC时，也即达到裂纹失稳扩展的临界条件，就能导致裂纹体脆断，此时外加应力σ达到临界应力σc，若将σ=σc，；则：因此，只要知道带裂纹试样的应力场强度因子KⅠ的表达式，试样的尺寸又能保证裂纹前端处于平面应变

3、状态下，则只需测得带裂纹试样发生失稳断裂时的负荷Pc,(或应力σc)，就可利用已知的KⅠ表达式求出相应的临界值KⅠ,即为试祥材料的平面应变断裂韧度KⅠC。本实验采用标准三点弯曲试样，其KⅠ表达式为：其中：式中：P——负荷；B—试样厚度；W——试样宽度；S——跨度；a——裂纹长度其中：通过实验可出被测材料的P-V曲线（负荷－位移曲线），从P-V曲线上确定的值（裂纹失稳扩展的临界负荷），计算出的KQ值。PQ的确定（斜率降低5%的割线法）四、实验试样及其材料材料：30CrMnSi；870℃淬火+200℃回火；Rp0.2=1450Mpa试样类型：三点弯曲试样、S=4W、W=2B、a

4、=（0.45～0.55）W裂纹长度a：机械裂纹a0+疲劳裂纹af五、实验仪器设备和装置高频疲劳试验机、材料试验机、夹式引伸计（COD规）、游标卡尺、读数显微镜等。六、实验步骤测量试样尺寸W,B在缺口两边贴上两片刀口片，如下图，用来固定夹式引伸计刀口安装部位示意图引伸计示意图将试样放于试验机的支承座上，把引伸计装在两片刀口之中。将试样放于试验机的支承座上，把引伸计装在两片刀口之中。调整试样放置的位置，使得试验机的上压头中心正好在试样的裂纹延长线上……。打开测试软件及试验机开始实验，对试样施加弯曲载荷直到试样断裂。取下试样和引伸计。用读数显微测量试样断口处的平均裂纹长度a，a=

5、（a2+a3+a4）/3用95%斜率割线法，求PQ。计算KQ：验算：（1）（2）如满足以上二个判据，KQ才算有效；则KQ=KⅠC，否则KQ≠KⅠC。七、实验报告1．试验目的和内容。2．筒述测试原理。3．试验材料及试样尺寸。4．实验结果和数据处理(根据计算机得到的原始采样数据自己重新作出P~V曲线，并求出P5和KQ值）。5．分析讨论。