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1、实验报告六姓名班级学号成绩断裂韧性KIC的测定实验名称实验目的了解金属材料平面应变断裂韧性测试的一般原理和方法。实验设备CSS-88100万能试验机、工具读数显微镜一台、位移测量器、三点弯曲试样 40Cr和20#钢试样 试样示意图实验结果及有效性判定1.实验原始记录表一三点弯曲试样尺寸记录试样编号屈服强度/MPa宽度/mm厚度/mm06105025.1412.5608105025.0012.1640537025.0013.0040637025.0013.00表二裂纹长度测量原始数据试样编号0B/4B/23B/4B067.0627.01756.97556.92256.8177.187.1167.
2、0657.026.949085.86355.8225.7275.7125.6556.0065.98155.88555.8485.8354059.01959.53859.54059.36458.7639.15559.729.94359.5788.92254068.018.8249.03458.8798.12158.199.3119.8129.35358.3792. 数据处理从表二数据可得出每个试样的裂纹长度(较短的为预知裂纹，较长的为裂纹长 度，故选较长之)及平均裂纹长度a = (a + a + a )/3制表如下：234表三裂纹长度及平均裂纹长度试样编号0B/4B/23B/4B平均a067.1
3、87.1167.0657.026.9497.0670086.0065.98155.88555.8486.0065.90504059.15559.729.94359.5789.15559.74724068.199.3119.8129.35358.3799.4922a2，a3，a4中最大裂纹长度与最小裂纹长度之差不超过2.5%W (试样厚度)。 同时任一处的疲劳裂纹长度不得小于1.5mm。此外，表面裂纹长度a1，a5不得 小于a的90%，否则实验无效。经检验，a2, a3, a4中最大裂纹长度与最小裂纹 长度之差都在0.03-0.25mm之间，所得数据都为有效数据。3确定试样裂纹失稳扩展时的临界载
4、荷PQ从附图上的曲线，沿试验曲线的线性部分作直线0A,再做一条比0A直线斜率小5%的直线交于P-V直线，交点为P5。如果在P5之前没有比P5更大的载荷，则P5就定为PQ。如果在P5之前有一个最大的载荷超过P5，则取此载荷为PQ。在附图中画出OA直线获得的PQ值如下：表四从图中取得的PQ值试样编号PQ 值/NP /Nmax061905219052082445024450405126781666940612440185944计算Kq 根据表一，表三，表四中的数据，代入下式计算出KqK = (P S / BW 3/2)f (a / W)Q Qa 3( a / W )2 1.99 -(a / W )(
5、1 - a / W ) x (2.15 -3.93 a / W + 2.7 a 2 / W 2)f (_)二LW12(1 + 2a / W )(1 - a / W )2式中B为试样宽度，W为试样厚度，S为跨距。第二个式子是在S/W=4的情 况下建立的。用matlab输入程序计算可得：表五f（a/W）与Kq值计算结果试样编号f(a/W)K/(MPa/ml/)061.449655.4728081.292465.73884051.927447.55324061.874745.38295. Kq的有效性判定根据实验报告书，表五中的数据需满足P /P 2.5（K Ig ）2两个条max QQ S件，如果
6、不满足则试验无效。由表四中数据可得出只有06和08试样才满足条 件，故结论是：06、08试样的Kq有效。实验思考1. 说明本实验用设备及仪器的型号及特性，画出试样草图。答：本次试样所用为CSS-88100万能材料试验机，试样草图见第一页。2. 画出试样宏观断口示意图06号试样宏观断口示意图（脆性）08号试样宏观断口示意图（脆性）405号试样宏观断口示意图（韧性）406号试样宏观断口示意图（韧性）3. 讨论试样尺寸选择是否合适，不合适的原因是什么？什么是平面应力？什 么是平面应变？为什么平面应变情况最容易脆断？答：405、406试样的尺寸选择并不是合适，还应增加厚度来达到合适的尺 寸标准。平面应力是由于板材较薄，在厚度方向可以自由变形，即在厚度 方向收缩不受限制，因此厚度方向的应力为零，为三向应变状态；平面应 变是由于板材较厚，在厚度方向的变形受到约束，即在厚度内产生了三向 应力状态。处于平面应变状态时，材料发生塑性变形时三向应力最大值都 移向弹塑性变形的交界处，使材料的塑性变形困难，如果加大应力时，三 个应力都向厚度中心靠拢，所以很容易脆断。
