[實(shí)用新型]無預(yù)制裂紋的材料斷裂韌性測(cè)試試樣

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820093087.1
• 申請(qǐng)日: 2008-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN201196613Y
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳力航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吳力航
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00
• 代理公司: 深圳市中知專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 張皋翔

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及的是工程材料常規(guī)斷裂韌性的測(cè)試試樣，尤其是一種無預(yù)制裂紋的材料斷裂韌性測(cè)試試樣。

背景技術(shù)

根據(jù)斷裂力學(xué)理論，只要試樣的幾何尺度足夠大，就能保證裂紋前沿處于理想的平面應(yīng)變狀態(tài)，就應(yīng)該能測(cè)試出該材料的斷裂韌性K_IC值。但事實(shí)上，對(duì)于那些強(qiáng)度較低的材料，保障裂紋前沿處于平面應(yīng)變狀態(tài)所需的試樣尺度過于厚大，因此要求材料試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力規(guī)模也就過大，實(shí)際上是無法在目前通行的材料試驗(yàn)機(jī)上獲取它們的斷裂韌性值的。當(dāng)前測(cè)試方法的這種局限性是由于測(cè)試方法本身的局限性帶來的。從某種意義上說，當(dāng)今的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是建立在采用過于寬松的抗斷裂安全系數(shù)的基礎(chǔ)之上才得以支撐的，實(shí)際上是付出了巨大的材料和動(dòng)力浪費(fèi)的。如果能更加精確地、更為廣泛地測(cè)定用來制造工程構(gòu)件材料的斷裂韌性值，就可以使得材料的斷裂韌性參數(shù)與它們的其它機(jī)械性能參數(shù)更好的配合起來，大大合理化工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的斷裂韌性測(cè)試方法及派生出來的測(cè)試試樣無法將屬于外在因素的試樣幾何形態(tài)與屬于內(nèi)在因素的材料力學(xué)特性作行之有效的區(qū)割，導(dǎo)致試樣尺度規(guī)模要求的材料試驗(yàn)機(jī)動(dòng)力規(guī)模的過大，因此大大限制了可測(cè)試材料的范疇。再從斷裂韌性試樣本身的制備方法上看?，F(xiàn)有的材料斷裂韌性測(cè)試(為獲取材料的K_IC值和J_IC值而采用的三點(diǎn)彎曲試樣和緊湊拉伸試樣)，都需要首先在試樣中制造出一個(gè)宏觀裂紋。由于預(yù)制裂紋的過程十分繁復(fù)，做出的裂紋狀況對(duì)隨后的測(cè)試結(jié)果影響非常敏感。因此，除了上面談到的，由于試樣尺度的原因造成的對(duì)低強(qiáng)度材料的不可測(cè)試性外，即使是對(duì)于可以測(cè)試的那些高強(qiáng)度材料，也很容易出現(xiàn)由于裂紋制作過程中難以控制的不確定性導(dǎo)致的測(cè)試數(shù)據(jù)的分散，降低了數(shù)據(jù)的可信程度。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述試樣存在的缺陷，提供一種可以從兩個(gè)方面同時(shí)改進(jìn)當(dāng)前材料斷裂韌性測(cè)試技術(shù)中的困難，同時(shí)也無需在試樣上預(yù)制裂紋的材料斷裂韌性測(cè)試試樣。本實(shí)用新型無預(yù)制裂紋的材料斷裂韌性測(cè)試試樣，其特征在于：它是由表面光滑的待測(cè)材料試樣本體和復(fù)合在其光滑表面上的一層已知其機(jī)械性能參數(shù)的、具有較高彈性模量的、可以在加載過程中首先開裂的脆性薄層構(gòu)成。

所述脆性薄層是金屬陶瓷薄片或粉末冶金薄片。

所述脆性薄片通過粘合劑粘貼在待測(cè)材料試樣本體光滑表面。

所采用的粘結(jié)劑應(yīng)該能保障當(dāng)試樣在加載并在脆性層上引發(fā)裂紋的全部過程中不會(huì)發(fā)生脆性層相對(duì)基體之間的滑動(dòng)和剝離。

所述粘合劑是502膠水。本實(shí)用新型無預(yù)制裂紋的材料斷裂韌性測(cè)試試樣的設(shè)計(jì)原理是：在待測(cè)材料試樣本體表面復(fù)合上一層脆性薄層。利用試樣在彎曲加載過程中脆性薄層的首先開裂之特性，直接在待測(cè)構(gòu)件本體表面“制造出”一個(gè)裂尖塑性區(qū)來。這樣就可以根據(jù)已知的脆性薄層的機(jī)械性能參數(shù)、脆性薄層中所形成的裂紋的尺度和已知的外載荷狀況，確定該裂紋對(duì)裂尖處材料的加載數(shù)據(jù)。通過測(cè)定在這些已知條件下在待測(cè)材料表面上制造出這個(gè)裂尖塑性區(qū)所需的塑性功，并通過合理的方法外推至使得材料在單向拉伸實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)內(nèi)縮頸時(shí)對(duì)應(yīng)的塑性功(根據(jù)塑性力學(xué)中的“單一曲線原理”)，就可以確定出該材料在裂尖塑性區(qū)內(nèi)萌生空穴時(shí)的臨界塑性功。這也就是待測(cè)材料中裂紋尖端塑性區(qū)開始發(fā)生擴(kuò)展時(shí)的臨界塑性能。

本實(shí)用新型無預(yù)制裂紋的材料斷裂韌性測(cè)試試樣設(shè)計(jì)科學(xué)，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，它改進(jìn)了材料斷裂韌性測(cè)試中對(duì)測(cè)試構(gòu)件尺度依賴性的情形，同時(shí)該試樣實(shí)施簡單，因而可大大降低測(cè)試成本。由于待測(cè)材料中的裂紋前沿是采用不同種類的脆性薄層間接地引入到待測(cè)材料試樣本體表層中的，這就不再需要在被測(cè)試材料試樣體內(nèi)直接預(yù)制裂紋。或者說，脆性薄層的實(shí)質(zhì)效果是將傳統(tǒng)中向試樣體內(nèi)延伸的裂紋反過來等效地向虛空中延伸了。由于脆性薄層較薄，引起的裂尖塑性區(qū)較小，因此這種通過脆性薄層引入裂紋并形成裂尖塑性區(qū)的方法可以解決由于材料強(qiáng)度過低而致使試樣總體尺寸過大的問題。使得任何種類的結(jié)構(gòu)材料都可以用來制成試樣的本體而實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行斷裂韌性的測(cè)試。也就是說，它的突出價(jià)值就在于使得原來采用現(xiàn)有斷裂韌性測(cè)試試樣的三點(diǎn)彎曲試樣和緊湊拉伸試樣都無法測(cè)量的那些結(jié)構(gòu)材料變得可以測(cè)試其斷裂韌性K_IC值了。