金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定.docVIP

材料力学性能实验报告

姓名：刘玲

班级：材料91

学号成绩：

实验名称

金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定

实验目的

了解疲劳裂纹扩展门槛值测定的一般方法和数据处理过程，增加对断裂力学用于研究疲劳裂纹扩展过程门槛值的作用和认识。

实验设备

1〕高频疲劳试验机一台

2〕工具读数显微镜一台

3〕千分尺一把

4〕三点弯曲试样一件

试样示意图

试验结果

测量试样尺寸。

在本次实验中，试样厚度，宽度为。其他数据见附表“疲劳裂纹门槛测定数据”。

疲劳裂纹扩展门槛值的计算

近门槛值附近的da/dN

近门槛值附近的da/dN可用割线法处理数据，其表达式为：

〔1-1〕

利用上式，可在a-N曲线上计算连接相邻两个数据点的直线斜率。2〕△K

由于计算的是增量的平均速率，故平均裂纹长度只能用来计算的值。

对于三点弯曲试样，有以下经验公式：

〔1-2〕

其中，。

而对应于的的值通过取每级力值的平均裂纹长度和对应的代入相应的表达式中计算得到。

3〕疲劳裂纹门槛值确实定

求得和之后，根据Pairs公式：

〔1-3〕

式中，和为最正确拟合直线的截距和斜率，且为材料有关的常数。

对方程〔1-3〕两边取对数，得到：

〔1-4〕

按式〔1-3〕作出关系曲线，求出Paris公式中材料常数和。

根据da/dN=计算对应的值，确定出疲劳裂纹门槛值。

根据实验数据及以上原理公式，数据处理结果列于下表1

表1裂纹门槛值测量数据处理

降力级数

a(mm)

ΔK

da/dN

lgΔK

lg(da/dN)

1

9000

2

8100

4.85E+02

2.686

-5.082

3

7290

4.59E+02

2.662

-5.026

4

6560

4.37E+02

2.640

-4.916

5

5900

4.12E+02

2.615

-5.145

6

5310

4

3.83E+02

2.583

-5.240

7

4780

3.56E+02

2.551

-5.401

8

4300

3.30E+02

2.518

-5.547

9

3870

20

3.03E+02

2.482

-6.155

10

3480

24

2.442

-6.301

11

3130

100

2.401

-7.222

根据以上数据可做得关系曲线

给出直线方程，可直接得到斜率，截距为，相关系数为。从而，可得Paris公式为：

〔1〕

将代入〔1〕，得到疲劳裂纹门槛值为。

思考题：

分析讨论金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值测试原理和方法的异同

答：

1.相同点：

1〕均采用的是三点弯曲试样，且试样相同。

2〕试验程序的前两部都为测量试样尺寸，预制疲劳裂纹。

3〕裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅度?K的处理方法相同。

4〕在测量时都是以Paris公式作为数据处理的依据，或者说以疲劳裂纹扩展速率曲线的第二阶段为主要依据的。

2.不同点：

1〕测量疲劳裂纹门槛值时采用的加载方式是降K程序。在力值比R不变的条件下，用自动或手动的降K程序来实现。初始的应力强度因子范围可以选择等于或大于预制疲劳裂纹时最终△K值，以后随着裂纹的扩展而连续降力或分级降力。而在研究疲劳裂纹扩展速率时的最大交变载荷为恒定值。

2〕金属材料疲劳裂纹扩展速率试验主要是在裂纹扩展的第一阶段测定，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验需要在裂纹扩展的第一、二阶段测定；

3〕试验程序不同，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验有试样参数的选择和裂纹扩展长度的测量，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验那么不需要，只需降低K程序；

4〕裂纹扩展速率的处理方法不同，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验有割线法和递增多项式法，而金属材料疲劳裂纹门槛值试验只有割线法。

指导教师：陈黄浦、余钊辉

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