实验3 裂纹尖端张开位移COD的测定

马 杭 编写

裂纹尖端张开位移 是含裂纹弹塑性材料抵抗裂纹扩展能力的度量，是衡量材料断裂性能的重要指标。材料断裂韧度的测定对于断裂安全设计与缺陷评定、冶金因素对材料性能影响的研究、产品质量的控制与验收、材料组织设计与工艺优化、防止断裂事故的发生等都有重要的意义。材料的断裂性能指标必须通过实验来测定，参见国家标准BG2358-80。

一、实验目的

1.学习裂纹尖端张开位移 的测试方法，了解实验的主要步骤。

2.学习掌握 测试的计算方法。

3.学会107JA测量显微镜的使用方法。

4.完成某金属材料的 的测试试验。

二、实验设备与仪器

1.WDW-100A电子万能试验机。

2.三点弯曲断裂装置、测量显微镜107JA、双悬臂梁夹式引伸计及标定器。

3.三点弯曲试样一块、刀口两个、游标卡尺一把、502胶、丙酮。

4.计算机。

图21-1  三点弯曲试样

三、试样

试样几何形状如图21-1所示，选材并经过一定的处理后，再经取样和机械加工、开线切割前导缺口、预制疲劳裂纹等步骤而制成。

图21-2  初始裂纹尺寸 的测量

四、测试步骤

1.用游标卡尺测量试样厚度B、高度W，粘贴刀口，刀口间距为mm，粘贴时注意刀口对中（刀口关于裂纹位置对称）。

2.用标定器对夹式引伸计进行标定，以获得刀口实际张开位移与记录张开位移的比例关系。

3.安装引伸计，进行三点弯曲加载试验，加载速度为1～5m/min。观察屏幕上载荷—刀口张开位移曲线的变化。试样断裂后保存数据文件，打印记录曲线以供分析计算用。

4.观察断口形貌。

5.在测量显微镜上测量初始裂纹尺寸 。测量位置在沿厚度B/4、 B/2、3 B/4之处，如图21-2所示，并按下式取三个测量值的平均值作为裂纹尺寸。要求三个测量值之间任意两个值之差不大于 的10%。

五、 的分析计算

1.在 记录曲线上确定线性段的斜率（ ），过线性段做直线，交零载荷水平线于O点，记录曲线初始段的轻微非线性忽略不计。

2.过最大载荷点 做线性段直线的平行线，交零载荷水平线于A点，OA的长度为刀口张开位移的塑性部分 。

3.计算 值 ，是由两部分组成的：

其中弹性部分的计算公式为

式中 、 分别为材料的泊松比和弹性模量， 为I型应力强度因子：

其中

塑性部分的计算公式为

式中 为刀口厚度（参见图一）， 为刀口张开位移的塑性部分。国家标准BG2358-80规定塑性转动因子 。

六、试验结果整理

1.在坐标纸上，画出 记录曲线，标出坐标和单位。

2.完成 的分析计算。

3.自行设计实验报告的形式，对本实验进行必要的讨论，完成实验报告