斷裂韌度的試驗(yàn)方法及取樣原則
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2021-02-07 瀏覽：
斷裂韌度試驗(yàn)是在線彈性斷裂力學(xué)及彈塑性斷裂力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種評定材料韌性的力學(xué)試驗(yàn)方法去創新，測定帶裂紋構(gòu)件抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力。測定帶裂紋構(gòu)件抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力可測試材料斷裂韌度緊迫性、裂紋張開位移結構、動態(tài)斷裂韌度等性能參數(shù)。
20世紀(jì)以來高效，曾發(fā)生過多起容器溝通協調、橋梁、艦船體系、飛機(jī)等脆斷事故保障性；事故分析查明，斷裂大多起源于小裂紋開拓創新。為解決金屬脆斷問題持續發展，美國在1958年組成ASTM斷裂試驗(yàn)專門委員會，目的是建立有關(guān)測定材料斷裂特性的試驗(yàn)方法促進善治。于1967年首次制定了用帶疲勞裂紋的三點(diǎn)彎曲試樣測定高強(qiáng)度金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌性操作規(guī)程草案擴大，并于1970年頒發(fā)了世界第一個(gè)斷裂韌性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ASTME399-70T。此后發揮效力，斷裂韌性試驗(yàn)受到世界各國的普遍重視并蓬勃發(fā)展新格局。中國于1968年前后開始這方面的試驗(yàn)研究。
靜態(tài)斷裂韌度
取樣原則
由于裂紋或類裂紋缺陷是導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)斷裂的主要原因安全鏈，所以斷裂韌性試驗(yàn)采用帶尖銳裂紋的試樣顯示，用直接觀察或間接測量法連續(xù)監(jiān)測裂紋的行為；如用夾式引伸計(jì)連續(xù)測量裂紋嘴張開位移V 隨載荷P 的變化,以測定材料抗裂紋擴(kuò)展的能力及裂紋在疲勞載荷或應(yīng)力腐蝕下的擴(kuò)展速率;求得平面應(yīng)變斷裂韌度KIc真正做到、動態(tài)斷裂韌度KIc科普活動、裂紋臨界張開位移δc，應(yīng)力腐蝕臨界強(qiáng)度因子KISCC,疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN（毫米/周）等斷裂韌性參數(shù)強化意識。其中長期間，角標(biāo)Ⅰ代表張開型裂紋，或稱Ⅰ型裂紋,角標(biāo)c代表臨界值現場。此外高端化，尚有滑開型（Ⅱ型）裂紋力量，撕開型（Ⅲ型）裂紋。Ⅰ型裂紋最易引起脆斷提單產，所以目前斷裂韌性試驗(yàn)多限于Ⅰ型加載深入實施。
斷裂韌性對取向敏感
通常以兩個(gè)字母表示試樣取向，如TL精準調控，CL試樣功能，第一個(gè)字母代表裂紋面的法線方向，第二個(gè)字母表示預(yù)期的裂紋擴(kuò)展方向機遇與挑戰。L 表示坯料的長度或主變形方向廣泛關註，T和S分別表示矩形斷面板材的寬度方向和第三正交方向。R和C則分別表示棒材或餅材的徑向和切向集成技術。當(dāng)從實(shí)物上取樣時(shí)就能壓製，應(yīng)首先對構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力分析，然后在最危險(xiǎn)的裂紋位置和取向上取樣適應能力。
試驗(yàn)選擇
除材料本身和試樣取向外更優美，試樣尺寸、應(yīng)力狀態(tài)防控、加載方式成效與經驗、加載速率、試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)環(huán)境等外界因素均會影響材料的斷裂韌性堅實基礎。通常稍有不慎，平面應(yīng)變狀態(tài)、快速加載等地、低溫會降低材料斷裂韌性最為顯著，增加脆斷傾向。同時(shí),在一次加載下不擴(kuò)展的裂紋a規定，在疲勞載荷及應(yīng)力腐蝕作用下會產(chǎn)生緩慢的亞臨界擴(kuò)展環境，當(dāng)達(dá)到臨界尺寸ac后，試件斷裂高質量。在選擇斷裂韌性試驗(yàn)條件相對簡便，或選用斷裂韌性數(shù)據(jù)時(shí)，必須盡可能接近實(shí)際工作條件和環(huán)境流程。
裂紋擴(kuò)展的三種類型
斷裂韌性參數(shù)的最大特點(diǎn)是合作，這些表征材料韌性高低的參數(shù)與外加載荷、試樣尺寸及缺陷尺寸間有定量關(guān)系助力各業。知道任何兩個(gè)參數(shù)一站式服務，即能預(yù)計(jì)第三者。從而可對安全分析、事故分析引領作用、壽命估算、缺陷評定標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行定量計(jì)算處理，并可用于安全設(shè)計(jì)建設、材料選擇、材料和工藝研究等各方面助力各行。幾種常用的斷裂韌性試驗(yàn)如下：
① 平面應(yīng)變斷裂韌度KIc試驗(yàn) KIc是材料常數(shù),單位為kgf/mm幫(或MN/m幫)前來體驗。KIc越高，材料的韌性越好確定性。KI＞KIc時(shí)更加廣闊，裂紋擴(kuò)展；反之,裂紋不擴(kuò)展講故事。KIc試驗(yàn)適用于高強(qiáng)度脆性材料非常完善。
② 應(yīng)力腐蝕臨界強(qiáng)度因子KISCC試驗(yàn) 在腐蝕介質(zhì)中,如裂紋頂端的應(yīng)力強(qiáng)度因子KISC＜KISCC,裂紋不擴(kuò)展。單位同KIc全面革新。1975年美國海軍研究試驗(yàn)室制定了"金屬材料平面應(yīng)力腐蝕開裂抗力標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法"AD-A008作用，119。
③ 裂紋頂端臨界張開位移δc試驗(yàn) 裂紋頂端張開位移是裂紋頂端塑性應(yīng)變程度的度量行業分類，當(dāng)達(dá)臨界值時(shí)技術特點，裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致試樣斷裂。δc越高發展邏輯，材料的斷裂韌性越好凝聚力量，單位為mm。此方法適用于中強(qiáng)度高韌性材料聽得進。
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