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1、平面应变断裂韧度K的测定实验预案1C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1.材料：先用40刚表材料热处理状态强度指标asMPaKIC MN/m3/240刚860oC正火29470.771.92.试样尺寸确定（1）厚度:为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的。02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 02 /E的值确定 试件的尺寸，如下表所示：表二试样的推荐尺寸o 02/EB、a (mm)o 02/EB、a (mm)0.00500.00577
2、50.0071 0.0075320.00570.0062630.00750.0080250.00620.0065500.00800.0085200.00650.0068440.00850.010012.50.00680.007138 0.01006.5当确知2.5()2比表中推荐尺寸小得多时，可采用较小试件.在试验 b0.2一 一 K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(厂)20.2BN2.5(K1C/气)2 N2.5(71.9/294)2=0.1496m所以取B=0.15m.(2) 高度：aN50ryQ2.5(K1C侦(W-a)N2.5(K1C/气)2由+得WN2*
3、2.5(K1C侦)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)40钢0.15W (m)L (m)0.31.4、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 W0.6K1C Kfmax/E
4、0,0032m1/2。同时调整最小载荷或位移，使载荷比乃在-10.1之 间。表四开始阶段Pmax=250TPmin=20T最后阶段Pmax=180TPmin=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，避免两侧裂纹三、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B,B2,B3,取其平均值作为B= (B+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
5、W，W2,W3，取其平均值作为W=( W+W2+W3)/3, 测量精度要求0.02mm或0.1%W，取其中较大者记录。四、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23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。五、实验结果处理(一)(1) 确定条件临界载荷Pq P-V曲线如图3所示一般分为三 种类型
6、，即稳定扩展型I,局部 扩展型II和失稳扩展型m。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5%。图3典型P-V曲线线OA，使OA的斜率为P-V曲线初始直线斜率的95%，直线与P-V曲线的交点对应的确定Pq的方法如下：过原点作直图4试口示意图载荷为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； 对于稳定扩展型Pq=P5o要求Pmax / Pq 2.5(气/气.2 )2a 2.5( K /b )2W - a 2.5（ K /气2 ）2（b）P /P 1.
7、1（c）气 60%K（d）a2 a、aa.、a.-a V10 % a； a -aV10 % a。由各项均满足要求，肌=KIC，否则试验结果无效。（二）1、从记录的P-V曲线上按规定来确定PQ值；1）求P V曲线直线段的斜率b：根据P V曲线图形找出直线段的P、V数据-一任选一空白单元格-一点击fx （插入 函数）-一选统计函数SLOPE （确定）一X选直线段的V数据区；Y选直线段的P数 据区，（确定）一单元格显示该斜率b。2）作直线，其斜率b =P V曲线直线段斜率b的95%：0.95选一空白单元列作为Y0.95数据列-一计算直线各点的Y坐标值即：Y0.95 =各点V值X b0.95并填入丫0
8、.95数据列-一选中图表-一选原数据菜单-一添加新系列X值仍选V 数据区；Y选Y0.95数据区（确定）3）直线与P V曲线的交点即为P5点。4）Pq值应当满足Pmax / Pq 1.1,否者实验无效。2、裂纹长度用读数显微镜测出五个读数、a2、a3、a4和a5,如下图，取中间三个读 数平均值 a=1/3（a2+a3+a4）；图53、根据测得到a和W值，计算a/W值（精确到千分之一），f（a/W）数值查表或计算。fa/W)=3(a/W)i/21.99-(a/W)(1-a/W)x(2.15-3.93a/W+2.7a2/W2)/2(1+2a/W)(1-a/W)3/21、将PQ、B、W和化加)代入下式：%=(PQS/BW3/2)f(a/W)即可算出Kq值，单位MPamm。相关换算单位公式： MPam1/2=MNm-3/2，MPa=MNm-2，1kgf=9.807N，1kgfmm-3/2=0.310MPam1/2。
