①三點彎曲試驗 這是斷裂韌性測試中套用最廣的一種。因試驗中對試樣進行三點彎曲載入而得名。三點彎曲試驗如圖1所示,它用於測定應力強度因子KI、裂紋張開位移δ和J積分等參量。試驗中通過測得的載荷- 位移(裂紋嘴張開位移或施力點位移)曲線,可計算出與臨界條件相應的參量值。三點彎曲試驗中斷裂力學參量的表達式如下:,
,
式中P為試驗載荷;W和B分別為試樣的高和寬;a為試樣中的裂紋長度;y1為三點彎曲試樣的幾何形狀因子,它是a/W的函式(查表);ν為泊松比;σy為材料的屈服應力;E為彈性模量(見材料的力學性能);z為與位移測量位置有關的常數;Vp為裂紋嘴張開位移的塑性部分;Up為試樣應變能的塑性部分;rp為試樣塑性變形階段的轉動因子,常取0.40或0.45。將斷裂時的各測量值代入上述公式,就得到KI、δ和J的臨界值。 ②緊湊拉伸試驗 和其他具有同等測試能力的試驗相比,這種試驗的體積最小(尺寸緊湊),因而得名。緊湊拉伸試驗已在斷裂韌性和裂紋擴展速度測試中得到廣泛套用,特別是被用於核壓力容器材料的評價和研究中。緊湊拉伸試驗如圖 2所示。試驗時通過載入孔對試樣施加拉伸載荷。緊湊拉伸試驗中斷裂力學參量的表達式為:,
,
式中y2為緊湊拉伸試樣的幾何形狀因子;t為試樣厚度。 ③落錘試驗 落錘試驗屬於動態斷裂試驗,它是一種特製的簡支梁式的試驗。圖3為落錘試驗示意圖。試樣的受拉伸表面上,堆焊一條縱向的脆性焊道,在焊道上鋸一個橫向切口。試驗時,將試樣冷卻到一定的溫度,讓錘頭自由落下,對試樣作一衝擊,並測出使試樣脆性焊道上的切口開裂到邊緣的最高溫度。這溫度稱為材料的無延性轉變溫度,簡稱NDT。它在設計中作為材料的最低使用溫度。
④寬板試驗 寬板試驗是一種大型的試驗室試驗。在很多情況下,它可以模擬實際焊接結構的斷裂。最常用的帶切口的焊接寬板試樣如圖4所示。試樣縱向焊縫兩側預先製成的切口用於模擬裂縫。試驗時,在所要求的溫度下對試板施加拉伸載荷,並測量切口達到開裂時的載荷和應變。低於某一溫度時,試板在低應力下就開裂;而在該溫度以上,斷裂前試板發生屈服,並產生大的應變,這個溫度就是脆性斷裂起始溫度。這種試驗往往要求試驗機具有數千噸的載入能力。
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