金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定.docxVIP

实验报告十 姓名： 班级： 学号：成绩实验名称：金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定 实验目的 了解疲劳裂纹扩展门槛值测定的一般方法和数据处理过程，增加对断裂力学用于研究疲劳裂纹扩展过程门槛值的作用和认识。 实验设备 1）高频疲劳试验机一台 2）工具读数显微镜一台 3）千分尺一把 试样示意图 图一： 三点弯曲试样 实验结果： 试样尺寸 试样的厚度B=12.50mm，宽度为w=25.00mm。 Pmax、a、N（×104）记录见附表。 2、疲劳裂纹扩展门槛值的计算 近门槛值附近的da/dN采用割线法处理数据： 在a-N曲线上计算连接相邻两个数据点的直线斜率。即： eq \o\ac(○,1) 由于计算的是增量的平均速率，故平均裂纹长度只能用来计算的值。 对于三点弯曲试样，有以下经验公式： eq \o\ac(○,2) 式中，。 对应于的的值通过取每级力值的平均裂纹长度和对应的代入相应的表达式中计算得到。 求得和之后，根据Pairs公式： eq \o\ac(○,3) 式中，和为材料有关的常数。 然后对方程eq \o\ac(○,3)两边取对数，得到： eq \o\ac(○,4) 作出关系曲线，求出Paris公式中材料常数和。 然后da/dN=计算对应的值，确定出疲劳裂纹门槛值。 表一：相关测量数据列表 a(mm)N(×104) da/dN（10-5）?Klog （da/dN）log（?K）81003.50.83485-5.082 2.686 72903.40.94459-5.026 2.662 65603.31.21437-4.916 2.640 59004.050.72412-5.145 2.615 531040.58383-5.240 2.583 47806.80.40356-5.401 2.551 43008.10.28330-5.547 2.518 3870200.07303-6.155 2.482 3480240.05277-6.301 2.442 31301000.006251-7.222 2.401 利用excel对log（da/dN）和log（?K）进行线性拟合，结果如下图： 图二：log（da/dN）—log（?K）曲线 由上图拟合结果得???：斜率n =4.233，而截距为logC =-16.2，相关系数为0.9031。C=6.3×10-17得到Paris公式为： da/dN=6.32×10-17(?K)4.223 再将代入上式，得到： 疲劳裂纹门槛值为?Kth=150.79MPa.mm1/2=4.77 MPa. m1/2 实验思考题 分析讨论金属材料疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值测试原理和方法的异同。 答： 相同点：1.都采用的是三点弯曲试样。试样的取样、加工和尺寸与断裂韧性试样相同，试样在磨削加工后需要开缺口，以便预制疲劳裂纹。缺口可以用铣切、线切割或其他方法加工。2.在测量时都是以Paris公式作为数据处理的依据，或者说以疲劳裂纹扩展速率曲线的第二阶段为主要依据的。 不同点：测量疲劳裂纹门槛值时采用的加载方式是降K程序。在力值比R不变的条件下，用自动或手动的降K程序来实现。初始的应力强度因子范围可以选择等于或大于预制疲劳裂纹时最终△K值，以后随着裂纹的扩展而连续降力或分级降力。而在研究疲劳裂纹扩展速率时的最大交变载荷为恒定值。