利用三点弯曲试样测试材料动态起裂韧性的技术与展望

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1、第卷第期稀有金属材料与工程,利用三点弯曲试样测试材料动态起裂韧性的技术与展望李玉龙西北,西安工业大学强度研究所摘要详细论述了利用三点弯曲试样测试材料动态起裂韧性的技术与发展,包括试样的选取,加载方法及动态应力强度因子的确定等给出了计算三点弯曲试样动态应力强度因子的简单公式以及动态起裂韧性的测定方法。作者最后列出了我国月前在动态起裂韧性测试技术方面巫待研究的一些课题,并提出了自己的看法。关位词三点弯曲试样动态应力强度因子动态起裂韧性起裂时间问题的提出来,快速加载对,于裂纹的起裂有两个方面的影响,首允惯性效应可以改变物体内动含裂纹结构在快速加载条件下所产生的态应力强度因子的值,使其不同于行为,

2、不同于缓慢加载的情况,这一事实已准静态加载情况下的相应偷也就是说,有。,被人们所熟知近年来由于断裂动力可能大于找次高载速率可以学的发展,人们对于动载荷作用下控制裂纹改变材料断裂韧性值吸旬,对于有些材起始扩展及传播机理的理解,已取得了很大料来说,在某些载荷速率范围内,动态起裂进展。断裂动力学一般研究二个方面的内韧性位《的有可能低于准静态情况下,,容〔’〕一是研究在冲击载荷作用下稳态材料的起裂韧性值。所以,在冲击载荷裂纹的起裂问恶二是研究裂纹的快速扩展作用下,必须按考虑惯性效应的动态准则设及止裂问题。而动态起裂韧性的测试技术是计一般来说,动态应力强度因子的定〔属于第一方面的内容义为卜从断裂力学

3、的观点看,由于材料中缺陷,,口,寸丽及裂纹的存在使得静强度设计思想不能完一卜心全保证结构的安全。因而,用准则代,也就是说,首先建替立代表裂纹尖端应力而起裂判据可以写为犬,一‘场强弱等全部信息的物理量应力强度天云,—,因子的概念在外载荷作用下当应力强度戈司为含裂纹体在冲击载荷作用下动因子,达到它的临界值时,裂纹便起态应力强度,因子的极限值是一种材料常。,,始扩展所是表征材料断裂韧性的常数数也是材料的韧性参数但它是载荷速率,准静态断裂准则也。但是还不能保证材料或的函数它也是结构在冲击载荷作用下的重,在冲击载荷作。。结构用下的安全性一般说要设计参数期李玉龙利用三点弯曲试样测试材料动态起裂韧性的技

4、术与展望从材料角度来说印型缺口试样,广泛地应用于早期材料的动态断裂试测试技术与方法验主要测量摆锤或落锤在冲击试样时势能的变化,并且认为,试样断裂过程中所吸收试样的能量为摆锤或落锤能量的损失由于这种动态起裂韧性一般也采用与准静态断裂,,,即带有疲劳预制裂纹的试验价格便宜又易于完成所以它被广韧性相同的试样三泛地使用于测量由于材料成份及微观结构的点弯曲试样,试样的要求与准静态测试标准,口,,改变引起的缺韧性的变化以及相同类中的试样要求相同几何尺寸为牙型材料,由,一于不同的热处理制度引起的韧性试样的厚度为的变化还用于焊缝质量的评定和测量材料,裂纹深度为附《。的脆韧转变温度,零韧性转变温如图所示。度

5、以及断口表面的脆韧转变温度等。这些参数在很多工程设计方否曰面起着重要的作用。近年来,由于电测技术土、的发展,传统的摆锤试验有被示波冲击试验扩日’代替的趋势。在冲击试验过程中,采用电测法等技术,测定试样在冲击过程中图三点弯曲试样的几何尺寸所承受的载荷,加载点的位移随时间的变化曲线以及起裂点等,并将冲击能量分为两个加载方式,即裂纹的萌。,部分生功和扩展功这样可摆锤及落锤加载获得更多,更准确的材料特性信息。虽然摆锤及落锤加载,均是使用锤头从高处,,冲击试验能够定性地给出材料中落下的惯性力冲击加载试样可直接测定试、样中裂纹起裂时的动态应力,裂纹的起裂扩展的一些特性以及材料的脆强度因子值或韧转变情况

6、,但它不能象动态断裂韧性那可先测定冲击载荷、加载点的位移及起裂时,间,计算试样中起裂时的动态应力样定量地提供材料韧性参数与缺陷的关强度因子,,。系例如材料或结构中极限裂纹尺水或材料的动态起裂韧性这种方法也是,美—国‘,推荐的测试标准中的加载方极限载荷等这也就促使了人们对于断裂动力学的研究。法,它的优点是费用少,简单易行,但这种动态起裂韧性的测试可分为种类,方法中载荷与时间曲线的振荡性极大,有时型〔〕以适用于不同的中载速率的的范失真等人借助于高速摄影机在围〕,,试验中发现试样与支座试样与锤头之间,均有失去接触的现象存在,这对伺服液压试验机上常规的断裂力学于应力试验凡的可达护饭蔺强度因子的准确

7、确定增加了困难。弯曲冲击试验的值的范围利用杆技术加载三点弯月寸丽曲试样应力波加载试验,的值的范杆加载技术,是一广泛应围一护了丽用于高应变率下,材料动态特性参数测定的,,一种简单易行的装置〔它起源于年由于篇幅的限制本文只对于类型的情乡况进行讨论。代,在年代初,用来加载一些含裂纹试样〔〕,基本原理是由压缩空气炮,将一圆稀有金属材料与工程卷。柱形子弹以一定速度发射撞击输人托在曾对于摆锤加载方式及冰杆加载,方式进行过,指出,输人