实验教学

3 裂纹尖端张开位移COD的测定

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。






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。







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15m/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/23 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 10%

五、 的分析计算

1. 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 ,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, 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