Ⅲ型裂纹断裂韧性的测试试件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种Ⅲ型裂纹断裂韧性的测试试件，试件为长方形平板试件，长边﹥宽边﹥厚度，在平板宽边方向上的两侧对称设置初始裂纹，在平板厚度方向的两边设置对称V型边切槽；本发明能够有效且稳定的测定塑性材料的Ⅲ型裂纹的断裂韧性，并且可以在一般万能实验机上完成实验。
【专利说明】Ill型裂纹断裂韧性的测试试件
【技术领域】
[0001]本发明属于固体力学基本力学特性测试领域，特别是一种III型裂纹断裂韧性的测试试件。
【背景技术】
[0002]材料断裂韧性是断裂力学的一个基本参数，是材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。
[0003]基本的断裂模式有I型、II型、III型。I型断裂也叫张开型断裂(open mode)，是一种最为危险也是研究最为深入的断裂模式。II型断裂也叫滑移型断裂(slide mode)，III型断裂也叫撕裂型断裂(twist mode)，它们都和剪切应力有关。关于I型、II型断裂基本参数的测量有了长足的发展，测试方法较同意有些已经形成标准，如用于测量I型断裂参数的紧凑拉伸实验，单边切口拉伸实验、双边切口拉伸实验、单边切口三点弯曲实验，中心裂纹压缩试验等；用于测量II型断裂参数的单剪切实验、双剪切实验，侧边开口三点弯曲实验
坐寸ο
[0004]关于III型裂纹开裂的研究比较少，未能形成统一的标准及方法。目前用的方法有:滑道式裂纹剪切(crack rail shear)、悬臂梁开裂(split cantilever beam)剪切、边裂纹扭转(edge crack torsion)、倾斜裂纹拉伸(slant notch tension)等,然而这些方法存在一定的缺陷。有的不能提供纯剪切应力，断裂不再是简单的III型断裂，变成复合型断裂(见 A comparison of Mode III threshold under simple shear and RCF conditions,M.G.Tarantino, S.Beretta, S.Foletti,J.Lai, Engineering Fracture Mechanics, Volume78, Issue8, May2011, Pagesl742 - 1755)。有的则是受试件及材料本身特性的限制，在实验过程中发生I型、II型断裂，导致实验成功率低。或者实验需要专有的实验设备，无法再万能实验机上完成。文献“Design and analysis of a new six-point edge cracktorsion(6ECT)specimen for mode III interlaminar fracture characterisation，，(A.B.Pereira, A.B.de Morais, M.F.S.F.de Moura, Composites Part A:Applied Scienceand Manufacturing, Volume42, Issue2, February2011, Pagesl31 - 139),提出了一种板条状试件6点边界加载试验，试验中加载点较多，而且不利于对称加载，因此有必要对III型裂纹断裂韧性的测试试件及实验方法做出改进。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种等够有效且易操作的用于测量III型裂纹断裂韧性的测试试件。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:
[0007]—种III型裂纹断裂韧性的测试试件，试件为长方形平板试件，长边 > 宽边 > 厚度，在平板宽边方向上的两侧对称设置初始裂纹，在平板厚度方向的两边设置对称V型边切槽。
[0008]本发明与现有技术相比，其显著优点:
[0009](I)利用本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，可以保证相对的纯剪切应变，保证试件断裂为III型裂纹断裂。
[0010](2)本发明的试件简单易于操作与加工，实验简单，有利于较少实验经费。
[0011](3)利用本发明的试件配合专用的夹具即可在万能实验机上完成断裂韧性的测试，因而实验系统简单，有利于消除测试的系统误差。
[0012](4)本发明试件在试件未断裂之前，可以测量材料的剪切模量。
[0013](5)利用本发明试件的测试结果可直接用于试件断裂韧性的，而不需要中间转换步骤，计算简单。
[0014]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件的主视图。
[0016]图2是本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件的侧视图。
[0017]图3是本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件的轴测图及力加载图。
【具体实施方式】
[0018]本发明一种III型裂纹断裂韧性的测试试件，试件为长方形平板试件，长边 > 宽边>厚度，在平板宽边方向上的两侧对称设置初始裂纹，在平板厚度方向的两边设置对称V型边切槽。试件的长度和宽度是厚度的八倍以上。试件的V型边切槽的深度小于试件厚度的1/4。试件的初始裂纹的长度小于试件厚度的1/4。
[0019]结合图1、图2、图3，III型裂纹断裂韧性的测试采用两点支撑、两点等力加载的方法。试件位于xy平面内，初始裂纹与边切槽平行于X轴。a、a’为试件的两个支撑点，b、b’为力加载点。支撑力平行于z轴，加载力P方向平行于-Z轴。这种加载方法能够保证为试件提供纯剪切应力。试件为平板型双边切口试件，试件两侧对称分布着初始尖预置裂纹，以引导试件的断裂方向；试件侧边预置边切槽，保证试件断裂裂纹沿X轴扩展扩展。
[0020]本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，试件的长度及宽度大于厚度的8倍。
[0021]本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，试件的预置边切槽为V型尖边切槽，以引导裂纹断裂。
[0022]本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，试件的边切槽深度不得大于试件厚度的1/4，以保证试件有足够的机械强度。
[0023]本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，其实验加载方法为对角对称加载，在不同的对角线上加载方向相反，以保证为试件提供纯剪应力。
[0024]本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，其实验加载力及支撑力方向均垂直于试件平面，且方向相反，以保证剪应力方向垂直于裂纹扩展方向。
[0025]本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件用于III型裂纹断裂韧性的测试，同时可以用于测试剪切模量。[0026]本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件使用过程如下:试件水平放置于与支撑座上，支撑座支点与a、a’点接触，保证试件与支撑方向垂直，而后实验设备对试件加载，两加载点作用于b、b’点上，加载方向垂直于试件平面。此种加载方法可以保证提供相对的纯剪切加载，也保证了实验方法的简单易行。
[0027]实践证明，III型裂纹断裂韧性的测试试件能够用于III型裂纹断裂韧性的测试，而且实验成功率相对于其它实验方法有较高的成功率，同时等保证纯剪切加载，操作简单易行，有利于实验系统误差的消除。
[0028]实施例1:
[0029]将本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，应用于双基推进剂的III型裂纹断裂韧性测量中，制作双基推进剂的平板型III型裂纹断裂韧性的测试试件。为保证测试的有效性，根据本发明中权利要求的说明，试件长100mm，宽80mm。由于材料密度较小，且刚度相对较大，故厚度可取厚度8_，初始裂纹长度取10_，因为双基推进剂的模量较小韧性较小，V型切槽深度取1_。实践证明，发明III型裂纹断裂韧性的测试试件可很好的应用于双基推进剂的III型裂纹断裂韧性测量，试件沿切槽方向断开，证明了断裂为III型，加载为剪切应变。
[0030]实施例2:
[0031]将本发明III型裂纹断裂韧性的测试试件，应用于45号钢的III型裂纹断裂韧性测量中，制作45号钢的平板型III型裂纹断裂韧性的测试试件。为保证测试的有效性，根据本发明中权利要求的说明，试件长100mm，宽80mm。由于钢材的密度较大，测试结果容易受材料自重的影响，故试件厚度取8mm，初始裂纹长度10mm，因为钢材的模量较大，且韧性较大，故V型切槽深度取2mm。实践证明，发明III型裂纹断裂韧性的测试试件可很好的应用于45号钢的III型裂纹断裂韧性测量，试件沿切槽方向断开，证明了断裂为III型，加载为剪切应变。
【权利要求】
1.一种III型裂纹断裂韧性的测试试件，其特征在于:试件为长方形平板试件，长边>宽边 > 厚度，在平板宽边方向上的两侧对称设置初始裂纹，在平板厚度方向的两边设置对称V型边切槽。
2.根据权利要求1所述的一种III型裂纹断裂韧性的测试试件，其特征在于:所述的试件的长度和宽度是厚度的八倍以上。
3.根据权利要求1所述的一种III型裂纹断裂韧性的测试试件，其特征在于:所述的试件的V型边切槽的深度小于试件厚度的1/4。
4.根据权利要求1所述的一种III型裂纹断裂韧性的测试试件，其特征在于，所述的试件的初始裂纹的长度小于试件厚度的1/4。
【文档编号】G01N3/24GK103471935SQ201310405471
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】胡少青, 陈雄, 鞠玉涛, 郑健, 周长省, 许进升, 王鸿丽, 周清春, 韦震 申请人:南京理工大学