示波冲击试验机介绍.ppt

* * * * PSW750仪器化 冲击试验机功能介绍 一、设备主要特点 该设备采用世界领先的示波冲击分析技术，通过特有的角度传感器和安装在锤头上的力值传感器，在锤头冲击试样的瞬间高频采样，将整个冲击动态过程记录下来，并计算冲击速度、挠曲度及冲击能量，从而得出材料的特征冲击曲线，更深入、细致的分析材料的冲击力学性能以进一步了解材料的特性，判断材料的应用范围，因而被广泛的应用在建筑、桥梁、船舶、航天、汽车等科研领域。 建筑 桥梁 舰船 航天 该设备配有两个摆锤，打击能量分别为750J（配有示波冲击刃口）和300J（配有冲击拉伸刃口）。摆锤和冲击刃口都可以更换，以满足不同标准的测试要求。冲击速度为5.42m/s。主机上配有模拟表盘，可以直接显示打击能量和角度，可无需PC，单机独立操作。带全封闭安全保护罩，电子门锁控制，门未关闭时，摆锤自动锁紧。具有关门启动摆锤释放功能，测试时间＜5S。 图1 PSW750仪器化冲击试验机 二、冲击力—位移曲线 图2是典型的冲击力—位移曲线示意图。此图给出了三组冲击特征值参数： (1)力特征值：屈服力Fgy、最大力Fm、裂纹启裂力Fiu、裂纹止裂力Fa。 (2)位移特征值：屈服位移Sgy、最大力位移Sm、裂纹启裂位移Siu、裂纹止裂位移Sa、总位移St。 (3)能量特征值：最大力能量Wm、裂纹启裂能量Wiu 、裂纹止裂能量Wa和总能量Wt 、裂纹形成能量Wi（由两部分组成：弹性变形能量We和塑性变形能量Wd）、裂纹扩展能量Wp（也由两部分组成：裂纹稳定扩展能量Wp1和裂纹不稳定扩展能量Wp2）。 三、冲击试验的宏观断口 在冲击力的作用下，试样的断裂过程与静拉伸一样，仍然表现为弹性变性、塑性变形和断裂，其不同在于变形速度。由于缺口的存在，塑性变形只发生于缺口的局部范围，而且缺口越尖锐，参与塑性变形的材料体积越小，得到的冲击功越低。 图3为典型冲击试样断口的宏观形态，一般分为3个区域： 1、纤维区 曲线上Fgy之前为弹性阶段，从Fgy开始，试样进入塑性变形和形变强化阶段。当载荷达到Fmax时，塑性变形已贯穿整个缺口截面，缺口根部开始横向收缩，横截面积减小，试样承载能力降低，载荷下降。在Fmax附近试样内部萌生裂纹，由于缺口根部为三向应力状态，因此裂纹萌生于距缺口一定距离的试样内部。裂纹形成以后，向两侧宽度方向和前方深度方向扩展，在裂纹扩展过程中，载荷继续下降，载荷达Fiu时，裂纹已扩展到缺口根部的整个宽度，中间部分较深，形成缺口前方的脚跟形的纤维区。 2、放射区 当纤维区的裂纹尺寸增大到临界尺寸，裂纹在Fiu点开始快速失稳扩展，形成放射区，其断口形貌为以纤维区为中心呈放射状，与此对应的载荷陡降到Fa。 3、剪切唇区 此时裂纹前沿已进入试样的压应力区，尚未断裂的截面积已比较小，与两侧一样已处在平面应力状态下，变形比较自由，形成二次纤维区和剪切唇，相应的载荷由Fa降到零。其断口特征为表面光滑，与拉应力约成45°。 四、冲击力—位移曲线与宏观断口的关系 裂纹萌生与缺口处一定范围的弹、塑性变形有关。此前消耗的能量，代表裂纹萌生所消耗的能量，称为裂纹形成能量，以Wi表示。裂纹形成能量是缺口处弹性变形和塑性变形消耗能量的总和，即： Wi=We+Wd 在失稳之前消耗的能量称为裂纹稳定扩展能量Wp1，使断口形成脚跟形的纤维区。力从Fiu降至Fa是裂纹达到临界尺寸后作快速低能量撕裂的结果，最后形成了断口的放射区。裂纹不稳定扩展能量Wp2用于断口剪切唇及二次纤维区的形成。于是有： Wp=Wp1+Wp2 冲击总功为： Wt= We+Wd+ Wp1+Wp2 五、 PSW750仪器化冲击试验机在国内各钢 铁公司的应用 1、评价材料韧性的好坏 对不同的金属材料，其冲击吸收功可以相同，但他们的裂纹形成功和裂纹扩展功却可能相差很大。若裂纹形成功所占比例很大，则表明材料断裂前塑性变形小，裂纹一旦形成就立即扩展直到断裂，裂纹必然是呈放射状甚至结晶状的脆性断口。反之，若裂纹扩展功所占比例很大，则断口是以呈纤维状为主的韧性断口。由此可见，冲击吸收功的大小并不能直接反映材料韧或脆的性质，材料韧性的好坏主要取决于裂纹扩展功Wp的大小。 2、进行断口纤维率的定量计算 在“GB12778-1991”金属夏比冲击断