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平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案 姓名： 江维 学号：M050110110 指导老师：钱士强 学院：材料工程学院  试样制备 材料：先用40刚 表一 材料 热处理状态 强度指标σsMP KIC MN/m3/2 40刚 860oC正火 294 70.7~71.9 试样尺寸确定 图1 厚度： 为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的和KIC的估计值，根据上式确定试件的最小厚度，在尺寸之间的关系确定试件的其它尺寸。KIC的估计值可以借用相近材料的KIC值，也可根据材料的／E的值确定试件的尺寸，如下表所示： 表二 试样的推荐尺寸 σ0.2/E B、a (mm) σ0.2/E B、a (mm) 0.0050—0.0057 75 0.0071—0.0075 32 0.0057—0.0062 63 0.0075—0.0080 25 0.0062—0.0065 50 0.0080—0.0085 20 0.0065—0.0068 44 0.0085—0.0100 12.5 0.0068—0.0071 38 0.0100 6.5 当确知比表中推荐尺寸小得多时，可采用较小试件．在试验测得有效KIC结果后，可在随后试验中将尺寸减少到a、 B≥2.5(K1C/σs)2 ≥2.5(71.9/294)2 所以取B=0.15m. （2）高度： a≥50ry≈2.5(K1C/σs)2 eq \o\ac(○,1) (W-a)≥2.5(K1C/σs)2 eq \o\ac(○,2) 由 eq \o\ac(○,1)+ eq \o\ac(○,2)得W≥2*2.5(K1C/σs)2 ,所以取W=0.3m。 （3）长度： 跨距：S=4W+0.2W=1.26m. 长度LS,所以取L=1.4m。 表三 材料 B（m） W（m） L（m） 40钢 0.15 0.3 1.4 预制疲劳裂纹 为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹，使得到的K1C 数据可以对比和实际应用，试件必须在疲劳试验机上预制疲劳裂纹。 预制疲劳裂纹开始时，最大疲劳载荷应使应力强度因子的最大值不超过K1C的80%，疲劳载荷的最低值应使最低值与最小值之比在-1与0.1之间。在疲劳裂纹扩张的最后阶段，至少在2.5%a的扩展中，应当减少最大载荷或位移，使疲劳应力强度因子的最低值Kfmax ≤0.6K1C, Kfmax/E0,0032m1/2 。同时调整最小载荷或位移，使载荷比乃在-1~0.1之间。 表四 开始阶段 Pmax=250T Pmin=20T 最后阶段 Pmax=180T Pmin=15T 其方法是：先用线切割机在试样上切割0.14m长的机械切口，然后在疲劳试验系上使试样承受循环变应力，引发尖锐的疲劳裂纹，约为0.01m。，观察裂纹是否长到刻线处。预制疲劳裂纹时，应仔细监测试样两侧裂纹的萌生情况，避免两侧裂纹 试样尺寸测量 1、试件厚度应在疲劳裂纹前缘韧带部分测量三次B1, B2, B3，取其平均值作为B= (B1+B2+B3)/3。测量精度要求0.02mm或0.1%B，取其中较大者记录。 2、试件高度应在切口附近测量三次W1，W2,W3，取其平均值作为W=( W1+W2+W3)/3，测量精度要求0.02mm或0.1%W，取其中较大者记录。 实验程序 1、在试件上粘贴刀口以便能安装夹式引伸计，刀口外线间距不得超过22mm，安装夹式引伸计时要使刀口和引伸计的凹槽配合好； 2、将试样按图2—3装置安放好 图2 三点弯曲试样试验装置示意图 3、标定夹式引伸计； 4、开动拉伸机，缓慢匀速加载，直至试样明显开裂，停机。曲线上记录下载荷和刀口张开位移之间的曲线； 5、取下夹式引伸计，开动引伸机，将试样压断，停机取下试样； 6、记录试验温度和断口外貌。 图3 典型 图3 典型P-V曲线 （一） （1）确定条件临界载荷Pq 失稳扩展型局部扩展型稳定扩展型P-V曲线如图3所示一般分为三种类型，即稳定扩展型Ⅰ，局部扩展型Ⅱ和失稳扩展型Ⅲ。在P-V曲线上要确定裂纹长度的表观扩展量为2％的载荷即Pq，而 2％的裂纹扩展量对应的裂纹嘴张开位移的相对增量为 失稳扩展型 局部扩展型 稳定扩展型 确定Pq的方法如下：过原点作直线OA，使OA的斜率为P-V曲线初始直线斜率的95％，直线与P-V曲线的交点对应的载荷为P5。 对于失稳扩展型，其Pq=Pmax；样断 对于局部扩展型，若P5点前有载荷峰值大于P5，则这个峰值为Pq； 图4试口示意图对于稳定扩展型Pq=P5。要求 Pmax／Pq 图4试口示意图 （2）测量裂纹长度 裂纹长度a用工具显微镜或其它精密测量仪器测量。图4为试件断口示意图，考虑到裂纹前缘的不平直，规定在1/4B；1/2B；3/4