专利名称：一种采用双引伸计测量紧凑拉伸试样断裂参量的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料断裂韧性测试技术领域技术，特别是一种采用双引伸计测量紧凑拉伸试样断裂参量的方法。
背景技术：
裂纹尖端张开位移(下文简称“CT0D”，表示为“ δ ”)以及CTOD设计曲线是弹塑性
断裂力学中的重要参量，广泛应用于金属构件的安全可靠性评估。目前，针对紧凑拉伸试样的临界CTOD值的测量方法主要有柔度法、剖面法、显微镜直接测量法。柔度法试验周期短，在实际操作中得到了广泛的应用，但测试精度较低；剖面法和显微镜直接测量法精度高，但由于切片的制作复杂导致试验周期长，未得到广泛的应用。(1)柔度法
《Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness》和《GB/T 21143-2007金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》规定采用柔度法测量CTOD值。柔度法是根据特征载荷P、张开位移塑性分量Vp、裂纹长度a和材料参数 (屈服强度I^2、弹性模量E)，利用柔度法推导得到的计算公式计算CTOD值。该方法操作简单方便，试验周期短，但由于旋转因子r采用了统一的推荐值，并未考虑材料强度、试样尺寸和裂纹长度的影响，会影响到临界CTOD值的计算精度，同时计算精度也受屈服强度Ι ρα2 和弹性模量E测试误差的影响。(2)剖面法
标准《GB/T 21143-2007金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》的附录J中推荐采用剖面法测定CTOD值。剖面法是将卸载后的试样切片，在放大倍数为3(Γ50倍的显微镜下直接测量裂纹尖端的张开位移，该方法原理简单、测试精度高，但由于是测试卸载后的裂纹尖端张开位移，测量值只是CTOD值的塑性部分δ ρ，且切片制备过程操作复杂，试验周期长，不适用于大范围的应用。(3)显微镜直接测量法
文献《A method for the metallographical measurement of the CTOD at cracking initiation and the role of reverse plasticity on unloading〉〉提出了一禾中用显微镜直接测量裂纹尖端张开位移的方法，该法的操作与剖面法一致，只是测试的位置有所区别，该方法测试精度高，但存在与剖面法相同的不足。目前，CTOD设计曲线主要有基于D-B模型的设计曲线、Wells和Burdekin等人提出的设计曲线、CVDA-84及JWES^05等标准中基于试验测得的设计曲线、美国电力研究院提出的EPRI方法设计曲线。D-B模型设计曲线基于一定假设，适用范围较小(σ <0.6σ s); Wells, Burdekin、CVDA-84及JWES^05设计曲线是基于试验经验的设计曲线，精度较差； EPRI方法提出的设计曲线是基于有限元方法计算得到，精度较高，但计算难度大，且未考虑实际板厚的影响，不能给出实际厚度下的CTOD设计曲线。
(I)D-B模型设计曲线
D-B模型设计曲线是以真实裂纹长度与塑性区半径作为有效裂纹长度，由卡氏定理求 解得到裂纹尖端张开位移。D-B模型设计曲线在理论求解时，忽略了材料硬化效应，适用范 围较小，且只适用于受拉伸的中心开裂平板。(2) Wells、Burdekin、CVDA-84 和 JWE幻805 设计曲线
Wells, Burdekin等人使用应变片测试了标称应变与CTOD的关系，并得出了不同的设 计曲线。Wells等人的设计曲线是基于大量试验得到的，在理论分析上并不成功。CVDA-84 及JWES^05等标准采用了 Wells等人试验中得到的较为保守的结果作设计曲线。这些设 计曲线过均基于试验，缺乏理论支持，计算结果过于保守、且只适用于受拉伸的中心开裂平 板。(3) EPRI 设计曲线
EPRI设计曲线采用有限元方法计算得到J积分，并依据J积分与CTOD的关系计算得到 CTOD设计曲线。EPRI设计曲线精度高，适用于紧凑拉伸试验，但计算难度大，且未考虑实际 板厚的影响，不能给出实际板厚下的设计曲线。针对紧凑拉伸试样，还未有能同时精确測定临界CTOD值和实际厚度条件下的 CTOD设计曲线测试方法的公开报道，也未有相应的专利公布。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用双引伸计测量紧凑拉伸试样断裂參 量的方法，操作简单且能够精确測量临界CTOD值和实际厚度条件下CTOD设计曲线。为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案
本发明的一种采用双引伸计测量紧凑拉伸试样断裂參量的方法，所述的參量为临界 CTOD值以及CTOD设计曲线，CTOD即裂纹自由表面各点实测张开位移曲线中直线部分外推 到裂纹尖端所得到的张开位移，特征在于同时采用两个引伸计分别測量裂纹所在平面不 同的两点处的位移，该两处位移分別表示为V” V2,利用整个加载过程中三角形关系恒成立 的原理，计算得到每ー载荷下的CTOD值及相应的名义应力，得到了名义应カο与裂纹张开 位移δ的关系曲线，即CTOD设计曲线，σ表示単位厚度的外加载荷与未开裂韧带宽度的 比值，具体測量方法为
1)采用双引伸计测定P-V曲线即载荷-位移曲线上最大载荷点对应的两个张开位移 V” V2,利用三角形关系，计算得到紧凑拉伸试验的CTOD临界值，CTOD临界值即P-V曲线上 最大载荷点对应的CTOD值
权利要求
1. 一种采用双引伸计测量紧凑拉伸试样断裂参量的方法，其特征是所述的参量为临界CTOD值以及CTOD设计曲线，CTOD即裂纹自由表面各点实测张开位移曲线中直线部分外推到裂纹尖端所得到的张开位移，特征在于同时采用两个引伸计分别测量裂纹所在平面不同的两点处的位移，该两处位移分别表示为义、V2，利用整个加载过程中三角形关系恒成立的原理，计算得到每一载荷下的CTOD值及相应的名义应力，得到了名义应力ο与裂纹张开位移δ的关系曲线，即CTOD设计曲线，ο表示单位厚度的外加载荷与未开裂韧带宽度的比值，具体测量方法为.1)采用双引伸计测定P-V曲线即载荷-位移曲线上最大载荷点对应的两个张开位移 A、V2，利用三角形关系，计算得到紧凑拉伸试验的CTOD临界值，CTOD临界值即P-V曲线上最大载荷点对应的CTOD值
全文摘要
本发明介绍了一种采用双引伸计测量紧凑拉伸试样断裂参量的新方法。采用双引伸计测定两个张开位移，利用三角形关系，计算得到紧凑拉伸试验的裂纹尖端张开位移CTOD，再计算每一载荷下的CTOD值及其相应的名义应力，得到了名义应力σ与CTOD的关系，即得到了紧凑拉伸试验的CTOD设计曲线。本发明的断裂参量测试方法简单易行、数据处理简单；临界CTOD值精度高，不受其它参数如强度、杨氏模量、旋转因子、载荷等的测试精度影响；数据全面，可得到试验加载全程的CTOD数据；信息量大，可获得实际板厚条件下的紧凑拉伸试验的CTOD设计曲线。
文档编号G01N3/00GK102564844SQ20111045237
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者杨光, 王任甫, 薛钢 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所