疲劳与断裂力学----第7章-断裂韧性测试技术.pptVIP

金属材料的裂纹扩展抗力称为断裂韧度，线弹性断裂韧度表示为KIc，弹塑性断裂韧度有JIc和dIc。 常规强度设计条件： ：安全系数。 断裂力学设计条件： 只要满足小范围屈服和平面应变条件，断裂韧度就不再与试样或结构的几何形状有关，而仅为材料的常数。它表征材料所固有的平面应变裂纹扩展抗力。由于它代表了实际结构中最常见和最危险的裂纹顶端约束情况，所以平面应变断裂韧度（Plane Strain Fracture Toughness）在安全设计中有重要地位。 2、确定Pq和a 有了Kq表达式，只需测得试样在其裂纹发生失稳扩展时的临界状态荷载Pq和当时裂纹长度a，代入相应的K因子表达式，便可算得Kq。现在先确定Pq，这要分三种情况讨论。 GB4161-84中规定： 在 P-V 曲线中作一过原点的射线，使其斜率比P—V曲线初始直线段的斜率 P/V 减小 5% ，此射线与 P-V 曲线将有一个交点。 3、Kq的有效性检验 Pq称为条件临界荷载，因为这个值不一定有用，即它代入K因子表达式求出的Kq不一定是材料的有效值。要使Kq 就是KIc，必须满足2个条件。 （1） 实验发现，当 B 不足时Kq偏小而Kmax偏大，但KIc总在Kq和Kmax之间。因此，如规定Kmax/Kq（即Pmax/Pq）≤1.1使得二者相差不过10%，则测得的KIc的误差就不会超过10%。因此为保证KIc精度，要求≤1.1 。 第七章 平面应变断裂韧度测试 ：安全系数。 试样的平面应力和平面应变状态是对裂尖附近区域而言的。 裂尖的K主导区是一个高应力区，其周围是广大的低应力区。在K主导区内均为拉应力。 第一节 KIc的测试方法 K 主导区受 x、y 二方向拉应力作用将发生很大的z向收缩，但低应力区z向收缩很少，所以裂尖附近高应力区内沿 z向（板厚）的收缩将受到其周围广大低应力区的制约，处于平面应变状态。故裂尖附近的材料处于三向拉伸应力状态下。 但是在试样表面处，因为 ，这儿的 K 主导区处于平面应力状态。 如果试样很薄，表面的平面应力层占了主导地位，试样就处于平面应力条件下了。这时测不出稳定 正确的KIc值。 如果试样足够厚（厚度 B 相对于K主导区很大），在厚度方向上平力区所占比例很小，裂纹前缘较大地区处于平面应变状态，这时可近似认为试样处在平面应变条件下，才可能测出稳定的KIc值。 测试的一般过程为：在试验机上得到裂纹开始失稳扩展的临界荷载值Pq，代入相应的 K 因子关系式，例如 就求得条件断裂韧度Kq，再检验Kq的有效性得KIc。 1、试样的 K 因子表达式 取决于进行断裂韧度测试的试样形状。 要把平板试样拉断，要求试验机吨位很大，所以现在已经不再用平板试样，而用三点弯曲、紧凑拉伸、圆片紧凑拉伸、C 形紧凑拉伸（对管材，中国是拱形三点弯）等试样。 这些试样的特点是： （1）韧带（裂纹延长线上裂纹尖端到试样背表面的区域， 是主承载区）处于弯曲状态，故都是弯曲型试样。 （2）它们都是比例试样，长宽高具有规定的比例。比例试 样的厚度加大时，所有尺寸都成比例增大。 根据“GB4161-84金属材料平面应变断裂韧度试验方法”的规定，标准三点弯曲试样的Kq表达式为： Pq—临界荷载，B—试样厚度，S—跨距，W—试样宽度，a—裂纹长度。 标准紧凑拉伸试样的表达式为： Pq—临界荷载，B—试样厚度，W—试样宽度，a —裂纹长度。 这两种试样的Kq值，都是用边界配位方法计算得到的。 GB4161—84中还给出了C形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样的表达式。 对试样加载，记录加载过程的 P-V（外载—裂纹嘴张开位移）曲线，三种情况的 P-V 曲线如图。 （1） 如果在交点左边的 P-V 曲线上有极大点，则该点对应 的P 值就是Pq值。 （2） 除了情况（1）以外，交点对应的P值就是Pq值。 裂纹长度 a的测定必须在试样的断口上进行。 裂纹长度a的表达式为 国标对a1、a2、a3、a4、a5 的测量均匀度还有一些规定。