第2章 斷裂力學(xué)5-平面應(yīng)變斷裂韌性及測(cè)試原理

1、主講 朱成九十月 22疲勞斷裂與損傷2022/10/1123-2第2章 斷裂力學(xué) 2022/10/1123-3平面應(yīng)變斷裂韌性及測(cè)試原理2022/10/1123-4的定義 平面應(yīng)變斷裂韌性KC：在線(xiàn)彈性問(wèn)題中，具有型裂紋的構(gòu)件抵抗裂紋擴(kuò)展的能力 實(shí)驗(yàn)和分析表明：在一定條件下KC是材料固有的性能指標(biāo)，隨著斷裂力學(xué)的發(fā)展和推廣應(yīng)用， KC已逐漸和常規(guī)機(jī)械性能指標(biāo)一起作為材料檢驗(yàn)的質(zhì)量指標(biāo)之2022/10/1123-5的適用條件線(xiàn)彈性，小屈服平面應(yīng)變狀態(tài)2022/10/1123-6試件K的表達(dá)式 工程上一般以平面應(yīng)變KC作為設(shè)計(jì)依據(jù) 典型試樣K的表達(dá)式： 直三點(diǎn)彎曲試樣： PP/2P/2aWBL20

2、22/10/1123-7其中：美國(guó)材料&實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)ASTM的E399-74試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)要測(cè)出臨界PQ，代入可得KQ試件K的表達(dá)式 2022/10/1123-8緊湊拉伸試件： PBaWP注： a,w從P的作用點(diǎn)連線(xiàn)處開(kāi)始! 試件K的表達(dá)式 2022/10/1123-9此外還有很多試件，如：PP/2P/2aLP四點(diǎn)純彎曲試件 BhLa拱形三點(diǎn)彎曲試件 試件K的表達(dá)式 2022/10/1123-10LPaWB單邊切口拉伸試件 圓周切口桿拉伸試件 PdD試件K的表達(dá)式 2022/10/1123-11試件形狀、尺寸標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試件2022/10/1123-12標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試件試件形狀、尺寸2022/10/

3、1123-13切口形狀和裂紋包跡的規(guī)定圖中：N不應(yīng)超過(guò)W/10切口2022/10/1123-14試件尺寸的選擇根據(jù)材料的KC估計(jì)值，按照公式 估算試件的最小厚度B和裂紋長(zhǎng)度a。在不能估計(jì)材料的KC值時(shí)，也可根據(jù)y/E的值按下表選取試件尺寸。 2022/10/1123-15測(cè)試原理（平面應(yīng)變條件） 測(cè)試方法：以緊湊拉伸試樣為例 2022/10/1123-16測(cè)試原理（平面應(yīng)變條件） 測(cè)試方法：取樣和標(biāo)記確定尺寸預(yù)制裂紋記錄載荷-切口張開(kāi)位移（P-V）曲線(xiàn)PBa0aP 一般地，這里的裂紋臨界擴(kuò)展載荷PQ并不是試件斷裂的最大載荷，不能簡(jiǎn)單地直接由試驗(yàn)機(jī)上的拉力讀數(shù)求得。2022/10/1123-17

4、裂紋長(zhǎng)度工具顯微鏡，讀數(shù)預(yù)制疲勞裂紋前緣機(jī)械切口前緣BW應(yīng)滿(mǎn)足：2022/10/1123-18P-V曲線(xiàn)分析a)第類(lèi)曲線(xiàn)，屬于平面應(yīng)力型 OA切線(xiàn)P5割線(xiàn)試件較薄，裂紋尖端基本處于平面應(yīng)力狀態(tài)，裂紋斷口有一定的頸縮現(xiàn)象，此時(shí)作斜率低5%的割線(xiàn)，與試驗(yàn)曲線(xiàn)交點(diǎn)得載荷PQ。2022/10/1123-19P-V曲線(xiàn)分析b)第類(lèi)曲線(xiàn)，屬于平面應(yīng)變和平面應(yīng)力混合型 試件有一定厚度,裂尖中部處于平變狀態(tài), 試件兩側(cè)表面有一定塑性變形,當(dāng)P增大時(shí),裂尖中間部產(chǎn)生臨界擴(kuò)展,發(fā)出Po-Pin聲,隨著載荷增加,裂紋由中心部位向試樣表層擴(kuò)展,直至斷裂。迸發(fā)載荷OAB2022/10/1123-20P-V曲線(xiàn)分析c)第類(lèi)曲線(xiàn)，屬于平面應(yīng)變型 OA 試件厚度足夠大，接近理想平面應(yīng)變狀態(tài); 裂尖無(wú)明顯塑性變形,斷口平整; 可直接由實(shí)測(cè)PQ代入公式，即可求得KIC 2022/10/1123-21KQ有效性判斷 由實(shí)測(cè)PQ代入KIC公式，即可求得KQ；2. 當(dāng)KQ滿(mǎn)足如下兩個(gè)條件時(shí),方可作為KIC :否則平面應(yīng)變條件不滿(mǎn)足，其中B是試樣厚度 試件厚度與斷裂韌性的關(guān)系圖平面應(yīng)力平面應(yīng)變2022/10/1123-22KQ有效性判斷若 ，即(平面應(yīng)力), (平面