一種採用雙引伸計測量緊湊拉伸試樣斷裂參量的方法

2023-08-04 01:45:41

專利名稱：一種採用雙引伸計測量緊湊拉伸試樣斷裂參量的方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料斷裂韌性測試技術領域技術，特別是一種採用雙引伸計測量緊湊拉伸試樣斷裂參量的方法。
背景技術：
裂紋尖端張開位移(下文簡稱「CT0D」，表示為「 δ 」)以及CTOD設計曲線是彈塑性
斷裂力學中的重要參量，廣泛應用於金屬構件的安全可靠性評估。目前，針對緊湊拉伸試樣的臨界CTOD值的測量方法主要有柔度法、剖面法、顯微鏡直接測量法。柔度法試驗周期短，在實際操作中得到了廣泛的應用，但測試精度較低；剖面法和顯微鏡直接測量法精度高，但由於切片的製作複雜導致試驗周期長，未得到廣泛的應用。(1)柔度法
《Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness》和《GB/T 21143-2007金屬材料準靜態斷裂韌度的統一試驗方法》規定採用柔度法測量CTOD值。柔度法是根據特徵載荷P、張開位移塑性分量Vp、裂紋長度a和材料參數 (屈服強度I^2、彈性模量E)，利用柔度法推導得到的計算公式計算CTOD值。該方法操作簡單方便，試驗周期短，但由於旋轉因子r採用了統一的推薦值，並未考慮材料強度、試樣尺寸和裂紋長度的影響，會影響到臨界CTOD值的計算精度，同時計算精度也受屈服強度Ι ρα2 和彈性模量E測試誤差的影響。(2)剖面法
標準《GB/T 21143-2007金屬材料準靜態斷裂韌度的統一試驗方法》的附錄J中推薦採用剖面法測定CTOD值。剖面法是將卸載後的試樣切片，在放大倍數為3(Γ50倍的顯微鏡下直接測量裂紋尖端的張開位移，該方法原理簡單、測試精度高，但由於是測試卸載後的裂紋尖端張開位移，測量值只是CTOD值的塑性部分δ ρ，且切片製備過程操作複雜，試驗周期長，不適用於大範圍的應用。(3)顯微鏡直接測量法
文獻《A method for the metallographical measurement of the CTOD at cracking initiation and the role of reverse plasticity on unloading〉〉提出了一禾中用顯微鏡直接測量裂紋尖端張開位移的方法，該法的操作與剖面法一致，只是測試的位置有所區別，該方法測試精度高，但存在與剖面法相同的不足。目前，CTOD設計曲線主要有基於D-B模型的設計曲線、Wells和Burdekin等人提出的設計曲線、CVDA-84及JWES^05等標準中基於試驗測得的設計曲線、美國電力研究院提出的EPRI方法設計曲線。D-B模型設計曲線基於一定假設，適用範圍較小(σ <0.6σ s); Wells, Burdekin、CVDA-84及JWES^05設計曲線是基於試驗經驗的設計曲線，精度較差； EPRI方法提出的設計曲線是基於有限元方法計算得到，精度較高，但計算難度大，且未考慮實際板厚的影響，不能給出實際厚度下的CTOD設計曲線。
(I)D-B模型設計曲線
D-B模型設計曲線是以真實裂紋長度與塑性區半徑作為有效裂紋長度，由卡氏定理求 解得到裂紋尖端張開位移。D-B模型設計曲線在理論求解時，忽略了材料硬化效應，適用範 圍較小，且只適用於受拉伸的中心開裂平板。(2) Wells、Burdekin、CVDA-84 和 JWE幻805 設計曲線
Wells, Burdekin等人使用應變片測試了標稱應變與CTOD的關係，並得出了不同的設 計曲線。Wells等人的設計曲線是基於大量試驗得到的，在理論分析上並不成功。CVDA-84 及JWES^05等標準採用了 Wells等人試驗中得到的較為保守的結果作設計曲線。這些設 計曲線過均基於試驗，缺乏理論支持，計算結果過於保守、且只適用於受拉伸的中心開裂平 板。(3) EPRI 設計曲線
EPRI設計曲線採用有限元方法計算得到J積分，並依據J積分與CTOD的關係計算得到 CTOD設計曲線。EPRI設計曲線精度高，適用於緊湊拉伸試驗，但計算難度大，且未考慮實際 板厚的影響，不能給出實際板厚下的設計曲線。針對緊湊拉伸試樣，還未有能同時精確測定臨界CTOD值和實際厚度條件下的 CTOD設計曲線測試方法的公開報導，也未有相應的專利公布。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種採用雙引伸計測量緊湊拉伸試樣斷裂參 量的方法，操作簡單且能夠精確測量臨界CTOD值和實際厚度條件下CTOD設計曲線。為了實現解決上述技術問題的目的，本發明採用了如下技術方案
本發明的一種採用雙引伸計測量緊湊拉伸試樣斷裂參量的方法，所述的參量為臨界 CTOD值以及CTOD設計曲線，CTOD即裂紋自由表面各點實測張開位移曲線中直線部分外推 到裂紋尖端所得到的張開位移，特徵在於同時採用兩個引伸計分別測量裂紋所在平面不 同的兩點處的位移，該兩處位移分別表示為V」 V2,利用整個加載過程中三角形關係恆成立 的原理，計算得到每ー載荷下的CTOD值及相應的名義應力，得到了名義應カο與裂紋張開 位移δ的關係曲線，即CTOD設計曲線，σ表示単位厚度的外加載荷與未開裂韌帶寬度的 比值，具體測量方法為
1)採用雙引伸計測定P-V曲線即載荷-位移曲線上最大載荷點對應的兩個張開位移 V」 V2,利用三角形關係，計算得到緊湊拉伸試驗的CTOD臨界值，CTOD臨界值即P-V曲線上 最大載荷點對應的CTOD值
權利要求
1. 一種採用雙引伸計測量緊湊拉伸試樣斷裂參量的方法，其特徵是所述的參量為臨界CTOD值以及CTOD設計曲線，CTOD即裂紋自由表面各點實測張開位移曲線中直線部分外推到裂紋尖端所得到的張開位移，特徵在於同時採用兩個引伸計分別測量裂紋所在平面不同的兩點處的位移，該兩處位移分別表示為義、V2，利用整個加載過程中三角形關係恆成立的原理，計算得到每一載荷下的CTOD值及相應的名義應力，得到了名義應力ο與裂紋張開位移δ的關係曲線，即CTOD設計曲線，ο表示單位厚度的外加載荷與未開裂韌帶寬度的比值，具體測量方法為.1)採用雙引伸計測定P-V曲線即載荷-位移曲線上最大載荷點對應的兩個張開位移 A、V2，利用三角形關係，計算得到緊湊拉伸試驗的CTOD臨界值，CTOD臨界值即P-V曲線上最大載荷點對應的CTOD值
全文摘要
本發明介紹了一種採用雙引伸計測量緊湊拉伸試樣斷裂參量的新方法。採用雙引伸計測定兩個張開位移，利用三角形關係，計算得到緊湊拉伸試驗的裂紋尖端張開位移CTOD，再計算每一載荷下的CTOD值及其相應的名義應力，得到了名義應力σ與CTOD的關係，即得到了緊湊拉伸試驗的CTOD設計曲線。本發明的斷裂參量測試方法簡單易行、數據處理簡單；臨界CTOD值精度高，不受其它參數如強度、楊氏模量、旋轉因子、載荷等的測試精度影響；數據全面，可得到試驗加載全程的CTOD數據；信息量大，可獲得實際板厚條件下的緊湊拉伸試驗的CTOD設計曲線。
文檔編號G01N3/00GK102564844SQ20111045237
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者楊光, 王任甫, 薛鋼 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所