断裂韧性kic的测试实验一实验目的1熟悉掌..doc

断裂韧性KIC的测试实验 实验目的 1、熟悉掌握测试方法，正确测定材料平面应变断裂韧性KIC的值。 2、加深对I型裂纹发生失稳扩展时的临界应力强度因子认识，正确理解材料在线弹性范围内，带裂纹工作时抵抗断裂的能力。 实验设备及试样 图3.1是在材料试验机上测试断裂韧性的装置示意图。系统配有能够自动记录的动态应变仪器、夹式引伸仪和X－Y函数记录仪。 图3.1 实验装置示意图 实验可采用标准三点弯曲（TPB）试样或紧凑拉伸（CT）试样，这里仅就采用TPB试样方法来说明。TPB试样的外形尺寸如图3.2所示，其中S/W=4，W/B=2。 图3.2 标准三点弯曲试样 实验原理 是材料在平面应变和小范围屈服条件下，I型裂纹发生失稳扩展时的临界应力场强度因子，它表征材料在线弹性范围内，带裂纹工作时抵抗断裂的能力，是材料固有的一种力学性质。 将上述标准的三点弯曲试样经预制疲劳裂纹后，按图3－1所示施加载荷，直到试样断裂或不能承受更大载荷时为止，与此同时X－Y函数记录仪自动记录载荷和裂纹张开位移(-)关系曲线，在-曲线上找出发生裂纹失稳扩展时的临界载荷，试样断裂后测出裂纹长度。 将上述结果带入标定式（3－1） （3－1） 其中的值查标准YB947－78可得。 本实验的前提条件是试样在平面应变和小范围屈服条件下发生失稳扩展，此时的临界应力场强度因子即为材料的平面应变断裂韧性。 临界载荷是通过P－V曲线得到的，该记录曲线有三种类型，见图3－3。先做直线OA与初始直线部分重合，可得曲线的初始斜率，再做割线OP，使其斜率比OA线斜率小5％，则此时的点值就是带入公式需要的临界载荷值，同时该值还必须同时满足。 图3.3 P－V（载荷－位移）记录曲线三种形式 将满足上面条件的值带入标定式（3－1），得到值。 验证计算得到的值是否有效。如果该值能够满足 则认为该计算值有效，此时的值就是材料的平面应变断裂韧性，否则必须换用较大试样进行测试。 四、实验方法及步骤 1、用线切割在试样上切出窄缝，然后在高频疲劳试验机上加交变循环载荷预制尖裂纹。预制的裂纹总长，其中疲劳裂纹长度要求超过裂纹总长度的5％，且不得小于1.5 mm，一般为3～5 mm为宜。 2、测量试样尺寸。试样的断面尺寸B和W，要求在裂纹断面处测量三次的平均值，精度要求为0.02 mm。 3、标定载荷传感器及位移引伸仪，使之保证良好的线性。安装试样和引伸仪，联接和调整仪器。估计实验时的最大载荷和裂纹的张开位移量，确定仪器的量程，使X－Y函数记录仪记录的P－V曲线有足够的幅值，以保证测量精度。P－V曲线的初始斜率在0.7~1.5之间为宜。 4、在加载过程中，自动记录载荷P和裂纹开口处张开位移V的关系曲线，及P－V曲线，直到试样断裂。 5、在断裂的试样断口上，用放大倍数为30～50的测量显微镜测量裂纹长度a。在B＝0、、、、B的位置上测量裂纹长度、、、、，精确到0.01，取作为裂纹长度的平均值。 6、验证计算得到的的有效性。 五、实验报告要求 1、简要叙述实验方案设计原理。 2、绘制P－V（载荷－位移）曲线，并标出临界载荷值。 3、对KIC做有效性判断。 参考文献 [1]《金属力学性能测试》，魏文光 ，科学出版社，1996 [2]《工程断裂力学》，李洪升、周承芳， 大连理工大学出版社，1990 [3]《断裂力学原理》，赖祖涵，冶金工业出版社，1989 [4]《金属材料力学性能实验指导书》，俞肇元编， 2000