平面应变断裂韧度k1c的测定实验预案

1、平面应变断裂韧度kic的测定实验预案姓名:江维学号：m050110110指导老师：钱士强学院：材料工程学院-、试样制备1. 材料：先用40刚表一材料热处理状态强度指标asmpakic mn/m3''240刚860°c正火29470.7 71.92. 试样尺寸确定(1) 厚度：为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的5).2和me的估计值，根据 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。心的 估计值可以借用相近材料的kic值，也可根据材料的5).2 / e的值确定 试件的尺寸，如下表所示：表二试样的推荐尺寸。0.2/ea (mm)0 0.2/ea (

2、mm)0.00500.0057750.00710.0075320.00570.0062630.00750.0080250.00620.0065500.00800.0085200.00650.0068440.00850.010012.50.00680.007138>0.01006.5当确知2.5(鱼)2比表中推荐尺寸小得多时，可采用较小试件.在试验°"o.2测得有效ke结果后，可在随后试验中将尺寸减少到a、b > 2.5()2°*0.2bm2.5(kic/os)2 22.5(71.9/294)2=0.1496m所以取b=0.15m.(2) 高度：a>

3、;50ry2.5(kic/ns)2(d(wa)32.5(kc/os)2由+(2)得 w2*2.5(klc/os)2 ,所以取 w=0. 3m。(3) 长度：跨距：s=4w+0.2w= 1.26m.长度l>s,所以取l=1.4mo表三材料b (m)w (m)l (m)40钢050.31.4二、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kic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之间。在疲劳裂纹扩张的最后阶 段，至少在2.5%a的扩

4、展屮，应当减少最大载荷或位移，使疲劳应力强度因子的最低值 kfmax 0.6klc,kfmax/e<0,0032m12。同时调整最小载荷或位移，使载荷比乃在-1-0.1 z 间。表四开始阶段pmax=250tpmin=20t最后阶段pmax=180tpmin=15t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坏变应力，引发尖锐的疲劳裂纹，约为0.01mo,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bt b2, bs,取其平均值作为b=(bi

5、+b2+b3)/3。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w1.w2.w3,取其平均值作为w=( w+w2+w3)/3, 测量精度要求0.02mm或0.1%w,取其屮较人者记录。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 式引伸计时耍使刀口和引伸计的凹槽配合好；2、将试样按图23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。1111线上记录下载荷和丿ju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、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 张开位移的札i对增量为5%。确定pq的方法如下:过原点作直直线与p-v曲线的交点对应的载线0a,使0a的斜率为p-v曲线初始直线斜率的95%, 荷为 对于失稳扩展型，其pq=pmax；样断 对于局部扩展型，若p5点前冇载荷峰值大于p5,则这个峰值为pq； 对于稳定扩展型pq=p5。要求pmax / pq< 1.1,否则试验

7、无效。(2) 测量裂纹长度裂纹长度a用丄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,如取其平均 值a - (a2 +a3 + tz4)/3作为裂纹长度。要求a2，a3, aq任意 两个测量值之差都不得大于a的10%,而且如、,as之差也 不得人于a的10%。(3) 计算条件断裂韧度kq及冇效性检验将条件临界载荷pq和裂纹长度a代入ki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) 82.5(匕/%2)2a>2.5(k(/gq2 )2w-a>2.5

8、( k(/o(2 )2图4试i i示意图(b) pmax/pq<hl(c) k60%kq(d) a2a3、3374、a4-a2< 10%a； ai-a5< 10%ao由各项均满足要求，贝«jkq = kic,否则试验结果无效。(二)1、从记录的p-v曲线上按规定來确定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)x选在线段的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bo.95=l) v曲线岂线段斜率b的95%

9、：选一空白单元列作为yo.95数据列-一计算直线各点的y坐标值即：y°.95 =各点v值x bo.9併填入yo.9擞据列一选中图表一选原数据菜单-一添加新系列-f x值仍选v 数据区；y选yos数据区(确定)3) 直线与p v曲线的交点即为p5点。4) pq值应当满足pmax/ pq<l.l,否者实验无效。2、裂纹长度用读数显微镜测出五个读数缶、a?、巧、如和a5,如下图，取屮间三个读 数平均值 a=l/3+a3+a4)；裂纹前缘线切割切口 xi*cichayciaci5图53、根据测得到a和w值，计算a/w值(精确到千分2)，f(a/w)数值查表或计算。,/lv)=3(a/w)i21.99-(a/w)(l-a/w)x(2j5-3.93a/w+25aw)/2(l+2a/w)(l-a/w