《金属材料K-R曲线试验方法》.docxVIP

1 HB 5261- ×××× 金属材料 K-R曲线试验方法 1 范围 本文件规定了金属材料K-R曲线试验的试样、试验设备及装置、试验步骤、试验结果的 计算及试验报告。 本文件适用于采用中心裂纹拉伸 M(T)试样、紧凑拉伸 C(T)试样测定金属材料的 K-R 曲 线。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期 的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本（包括 所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 4161 金属材料 平面应变断裂韧度KIC试验方法 GB/T 10623 金属材料 力学性能试验术语 GB/T 16825.1 静力单轴试验机的检验 第 1 部分：拉力和（或）压力试验机测力系统 的检验与校准 3 术语和定义、符号 3.1 术语和定义 GB/T 10623界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1.1 有效模量 effective modulus Eeff 有效的弹性模量值。对于真实的初始裂纹尺寸a0 ，由该值确定的理论柔度与由试验确定 的线弹性柔度相互匹配。 3.1.2 K-R曲线 K-R curve 裂纹在缓慢、稳态的扩展过程中，由于裂纹前沿塑性区尺寸的增加，材料抵抗断裂的能 力KR 随有效裂纹扩展量Δae 的增加而变化的曲线。 3.1.3 平面应力断裂韧度 plane-stress fracture toughness Kc K-R曲线试验中，最大载荷值所对应的KR值。 3.1.4 表观平面应力断裂韧度 apparent plane-stress fracture toughness Kapp 采用初始裂纹尺寸和试验中的最大载荷值计算出的K值，是断裂韧度的工程估计值。 3.2 符号 下列符号适用于本文件。本文件使用的符号、名称和单位见表1。 2 HB 5261- ×××× 表1 符号、名称和单位 符号 名称 单位 a 裂纹尺寸，升载时为ae ，卸载时为ap mm a0 初始裂纹尺寸 mm ac 临界有效裂纹尺寸 mm ae 有效裂纹尺寸， ae=ap+ry mm Δae 有效裂纹扩展量： Δae ＝ae-a0 mm ap 物理裂纹尺寸 mm B 试样厚度 mm L 试样总长度 mm L0 试样有效长度，螺栓加载时为试样两端最内侧加载孔的 距离， 楔形加载时为夹持末端之间的距离 mm W 试样宽度 mm P 载荷 kN Pfmax 最大疲劳预制裂纹载荷 kN R 应力比 — K 应力强度因子 MPa . m Kc 平面应力断裂韧度 MPa . Kapp 表观断裂韧度 MPa . KR 用应力强度因子表征的裂纹扩展抗力 MPa . V（CMOD） 裂纹嘴张开位移 mm ΔP 载荷幅值 kN ΔV CMOD幅值 mm E 弹性模量 GPa Eeff 有效模量 GPa P0.2 屈服强度 MPa b 抗拉强度 MPa net 净截面屈服应力 MPa Y 测量点位移跨距的一半 mm ry 塑性区尺寸 mm Rv 有效性判据因子 泊松比 注： 、分别对应GB/T 10623-2008中的R、R。 4 试验原理和方法概要 4.1 试验原理 4.1.1 在缓慢稳态的断裂过程中，裂纹被连续或逐级增加的力或位移驱动向前扩展，而KR 等于施加在裂纹尖端的应力强度因子K，一般会随着裂纹扩展量的增加而上升。K-R曲线是 KR值随有效裂纹扩展量Δae 的增加而变化的曲线。 4.1.2 K-R曲线可以与裂纹扩展驱动力曲线相配合来估计产生失稳扩展的临界载荷或临界 裂纹尺寸。假设K-R曲线与a0无关，仅为Δae 的函数，绘制K-R曲线和一系列给定载荷下的裂 纹扩展驱动力曲线，如图1所示，与K-R曲线相切的裂纹扩展驱动力曲线确定出开始出现失 3 HB 5261- ×××× 稳扩展的临界载荷状态。切点所对应的K值，即为材料的平面应力断裂韧度Kc值。反之，可 以将图1中的K-R曲线平移，使之与给定载荷下的裂纹扩展驱动力曲线相切来确定在该载荷 状态下将会产生失稳扩展的临界裂纹尺寸。 4.2 方法概要 4.2.1 K-R曲线试验是采用带有疲劳预制裂纹的中心裂纹拉伸M(T)试样或紧凑拉伸C(T)试 样，按规定的加载速率对试样进行加载，记录加载过程中的P-V数据与曲线。加载过程中的 有效裂纹扩展量Δae可以通过直接测量或柔度法获得，而KR则根据试样相应的表达式进行计 算获得。对有效的（KR ，Δae ）数据进行处理即可获得材料的K-R曲线。若最大载荷点处的 数据满足有效性判据，该点的KR值即为材料的Kc值。 4.2.2 本标准包括以下三种获得有效裂纹尺寸的方法： a） 直接测量物理裂纹尺寸，然后