金属力学性能实验

五、实验仪器设备和装置
高频疲劳试验机、材料试验机、夹式引伸计 （COD规）、游标卡尺、读数显微镜等。
六、实验步骤
• 测量试样尺寸W,B • 在缺口两边贴上两片刀
口片，如下图，用来固 定夹式引伸计
• 刀口安装部位示意图
• 引伸计示意图
1.将试样放于试验机的支承座上，把引伸计装在 两片刀口之中。
。 将试样放于试验机的支承座上，把引伸计装在两片刀口之中
• 调整试样放置的位置，使得试验机的上压头中心正好在试样的裂 纹延长线上……。
• 打开测试软件及试验机开始实验，对试样施加弯曲载荷直到试样 断裂。
• 取下试样和引伸计。 • 用读数显微测量试样断口处的平均裂纹长度a，
• a=（a2+a3+a4）/3
用95%斜率割线法，求PQ 。
计算K ： Q
PS
算机得到的原始采样数据自己 重新作出P~V曲线，并求出P5和 KQ值）。 5．分析讨论。
失稳扩展的临界负荷），计算出的KQ值。
KQ
PQ S
3
BW 2
f (a) w
PQ的确定（斜率降低5%的割线法）
四、实验试样及其材料
• 材料：30CrMnSi；870℃淬火+200℃回火；Rp0.2=1450Mpa • 试样类型：三点弯曲试样、S=4W、W=2B、a=（0.45～0.55）W
裂纹长度a：机械裂纹a0+疲劳裂纹af
临界值，即材料的平面应变断裂韧度，它是材料固有的抵抗脆性断裂
的一种力学性能，是材料的常数。由上式可知，当外加应力增高时，
裂 即 件 σ=纹 材 ，σ前 料 就c，端的能；的平导则应面致：力应裂强变纹度断体因 裂 脆子 韧 断y度 ，KⅠ此K也Ⅰ时增 Ca时外大，加，k也应当即力达KσⅠ到增达裂大到纹到临失等界稳于应扩某力展一σ的临c，临界若界值将条，
KQ
Q 3
BW 2
f (a) w
验算： （1）
k
B 2.5(
) Q
2
RP 0.2
（2）
P max 1.1 PQ
如满足以上二个判据，KQ才算有效；则KQ=KⅠC，否则KQ≠KⅠC。
七、实验报告
1．试验目的和内容。 2．筒述测试原理。 3．试验材料及试样尺寸。 4．实验结果和数据处理(根据计
一、实验目的
1．正确掌握平面应变断裂韧度kⅠc的测 试方法。
2．了解测定kⅠc所需的仪器设备装置。
二、实验内容
1. 测定被测材料的P-V的曲线，计算条件断 韧度KQ值。 2．验算实验所得KQ值，确定有效KⅠC值。
三、基本概念和测试原理
• 根据线弹性断裂力学的分析，裂纹发生失稳扩展而导致裂纹体脆断的 判据是：
3
f( ) w
BW 2
• 其中：式中：P——负荷 ；B—试样厚度 ；W——试样宽度 ； S——跨度 ； a——裂纹长度
•
•
其中：
f(
a w
)

3(
a w
1
)2
[(1.99

a )(1 w
2(1
a w
2
) (2.15 3.93
a
)(1
a
3
)2
a w

2.7
a2 w2
)]
ww
• 通过实验可出被测材料的P-V曲线（负荷－位移曲线），从P-V曲线上确定的值（裂纹
KⅠ=KⅠc
• 场的强式度中，KⅠ在为线Ⅰ弹型性裂条纹件应下力，场其强一度般因表子达，式它为表征：裂纹尖端附近应力
k y a
• 式中：Y是和裂纹形状因子，是与试样类型和加负荷方式等有关的量， 也称几何因子。
σ是外加应力。
α是裂纹体内的裂纹长度。
• K何 下Ⅰ形 ，是状 材一和料个尺中复Ⅰ寸合型；力(外学即加参张应量开力，型的其)大裂值小纹的，发大分生小布失仅等稳决。扩定而展于K时构Ⅰ的件C是应(在包力平括场面裂强应纹度变)因的条子几件的
C
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C
• 因此，只要知道带裂纹试样的应力场强度因子KⅠ的表达式，试样的尺寸又能保证裂纹
前端处于平面应变状态下，则只需测得带裂纹试样发生失稳断裂时的负荷Pc,(或应力
σc)，就可利用已知的KⅠ表达式求出相应的临界值KⅠ,即为试祥材料的平面应变断裂
韧度KⅠC。
PS a
• 本实验采用标准三点弯曲试样，其KⅠ表达式为： KI