基于SENT试样获取材料断裂韧度的载荷分离法研究

单边裂纹拉伸(Single edged notched tension,SENT)试样因其低约束特性逐渐被用于管道材料的断裂韧度评定。根据有限元法,提出SENT试样的应力强度因子表达式,J积分计算中的增量塑性功算式以及塑性因子算式,并与文献中公式进行对比证实公式的精确性和有效性。依据ASTM用于CT试样获取断裂韧度载荷分离理论规则化方法提出适用于SENT试样的量纲一载荷分离法,并通过有限元计算证实SENT试样载荷分离的成立性。由量纲一载荷分离理论中的规则化方法完成了汽轮机低压转子材料30Cr2Ni4MoV、电站用P92管道钢以及5083-H112铝合金SENT试样断裂韧度值以及J阻力曲线测定,获得了各材料合理的J阻力曲线及条件断裂韧度JQ值。     

用边缺口小试样评定母材及焊接接头断裂韧度的研究

本文采用边缺口小试样对6种不同强度等级和不同韧度水平的母材及其焊接接头断裂韧度评定的研究表明,采用临界边缺口小试样(10×10×55mm),按照简便的实验程序测得的断裂韧度值J_i和δ_i与用标准试样按阻力曲线外推法求得的J_i和δ_i基本吻合。文中还指出,在焊接接头断裂韧度的评定中,采用这种试样有着独特的优点。它能使实验程序大为简化,并能减小实验数据的分散带,保证实验数据的可靠性。此外文章还对采用边缺口小试样评定断裂韧度的一些根本问题作了理论和实验的分析。     

球墨铸铁断裂韧度测试技术研究进展

断裂韧度是材料重要的抗断指标.总结了平面应变断裂韧度、弹塑性断裂韧度、裂纹尖端张开位移和动态断裂韧度测试技术的研究概况及在球墨铸铁材料上的应用,介绍了温度、显微组织、试样尺寸对球墨铸铁断裂韧度的影响规律,探讨了球墨铸铁断裂韧度试样中的裂纹长度测试问题,介绍了基于J-Q(J积分-三轴性应力因子)理论的球墨铸铁断裂韧度测试方法;认为基于J-Q理论的多参数断裂韧度测试是未来研究的重点,并且若要使断裂韧度真正用于工程安全评定,必须在测试时综合考虑实际服役时的加载模式及环境.     

高强度X140套管钢断裂韧度与试样厚度的关系

依据GB/T 4161-2007,对3种不同厚度的高强度X140套管钢试样的断裂韧度KIQ进行测定,结合断裂韧度与试样厚度关系的定量模型进行最小二乘法拟合,得出了材料常数ξ和κ的值,进而提出X140钢断裂韧度与试样厚度之间的关系式,计算得到了不同厚度试样的KIC值,并采用J试验对其进行验证。结果表明:X140钢断裂韧度的计算结果与J试验结果吻合得很好,断裂韧度随试样厚度的增加而先增大后减小,最后趋于稳定。     

奥氏体不锈钢焊缝金属断裂韧度概率分布的确定

依据延性断裂韧度Ｊ１ｃ单试样测定方法,试验测定了奥氏体不锈钢（Ｓ３１６Ｌ）焊缝金属的断裂韧度,同小样本下Ｊ１ｃ最优拟合概率分布函数的确定方法,得出Ｓ３１６Ｌ焊缝金属断裂韧度的最优概率分布函数的Ｗｅｉｂｕｌｌ分布。     

厚钢板焊缝强度匹配对韧度影响的试验方法

提出了研究厚钢板焊缝强度匹配对韧度影响的试验方法：用“直接测量法”确定焊缝强度匹配系数；用裂纹尖端张开位移（CTOD）断裂韧度作为焊缝材料韧度的指标。用“直接测量法”确定了低合金高强钢S355ML钢板（厚65mm）自动埋弧焊和手工电孤焊的焊缝强度匹配系数，同时将这两项焊接工艺的对接焊缝制成全厚度断裂韧度试样，运用裂纹尖端张开位移试验方法测定其焊缝中心的断裂韧度。结果表明，厚钢板焊态对接焊缝，低匹配焊缝具有较高的韧度，高匹配焊缝的韧度比较低。     

反应堆压力容器用钢断裂韧度的表征方法及其统计模型

简要介绍了目前反应堆压力容器(RPV)用钢断裂韧度的两种表征方法——基于参考无延性转变温度(TNDT)的下限曲线法和基于参考温度(T0)的主曲线法,并阐述了断裂韧度的典型统计模型,以表征断裂韧度试验数据的分散性。基于所开发的概率断裂力学(PFM)分析程序,分析了不同统计模型对承压热冲击(PTS)条件下含缺陷RPV失效概率的影响,为国产RPV用钢断裂韧度数据的统计分析提供参考。     

微试样法测量25Cr2NiMo1V钢断裂韧度试验研究

以25Cr2Ni Mo1V转子钢为研究对象,采用微三点弯曲试样开展了室温下的断裂韧度试验,分析了断裂韧度的尺寸相关性。结果表明,相对于大尺寸试样,微试样断裂韧度减小且数据分散。这主要由于微试样平面应力状态占主导,试样厚度和韧带对裂尖变形的拘束程度减小,裂纹稳定扩展能力下降。结果为采用缺口微试样测量断裂韧度提供了有益的尝试。     

高温长期运行Cr-Mo钢断裂性能微试样测试实验研究

开展采用小冲杆微试样试验技术评定材料断裂性能的研究.针对2.25Cr-1Mo钢(脆化态和脱脆态)及1.25Cr-0.5Mo钢,将小冲杆试验测试结果与常规冲击韧度及断裂韧度试验结果相关联,得到小冲杆试样变形过程中消耗的总变形能与常规夏比冲击功间的对应关系经验公式,以及小冲杆试样等效断裂应变与材料延性断裂韧度间的关联式,说明可以直接采用小冲杆试验结果估算材料的冲击及断裂韧度值,为无法取标准试样进行材料抗断裂性能测试场合提供了一种可行的间接测试技术.     

34CrNi3Mo钢汽轮机叶轮的断裂分析

本文分析了叶轮裂纹产生的原因,认为与应力腐蚀有关。用大型CT试样测定了叶轮材料室温下的断裂韧度,并用小型三点弯曲试样测定了室温下和工作温度下的J (lc)。初步测定了应力腐蚀裂纹扩展速度da/dt。引用应力场叠加原理近似地估算了叶轮裂轮纹尖端的应力强度因子,从而算出了临介裂纹长度和剩余使用寿命。     

基于示波冲击实验材料动态断裂韧度测试技术的研究

采用预裂纹Charpy冲击试样,基于示波冲击试验建立了测试材料动态断裂韧度的试验方法。与以往预裂纹试样动态应力强度因子的计算方法不同,采用Timoshenko梁理论,提出了一种简单方法来计算三点弯曲试样的刚度K(a),由此建立了三点弯曲试样动态应力强度因子的计算方法,通过实验测得启裂时间,从而确定动态断裂韧度。采用有限元方法对试样动态应力强度因子的理论计算方法进行了验证。结果表明,建立的计算方法准确、可靠,避免了复杂的数值计算,便于工程应用。     

X70管线钢J1d和K1a与V型缺口Ak关系研究

在不同温度下测试了X70管线钢动态断裂韧度K1d、J1d和止裂韧度K1a以及夏氏V型缺口冲击韧度Ak,对三者的关系进行了分析.结果表明温度和加载速率都对断裂韧度产生影响;加载速率变化引起的韧-脆断裂转变具有热激活特征,在热激活分析基础上,在应力强度因子速率K=15 MPa·m1/2s-1条件下,得出断裂韧度、止裂韧度和冲击韧度三者的关系Ak=4.84×106T-2.8K1d(或K1a).可以用小试样Ak数据计算得到K1d和K1a.     

试样尺寸对钢的细观解理断裂应力的影响

通过三维有限元计算并结合起裂源位置的测量，精确测定一种C-Mn钢不同尺寸(W、B和α)和宽度(B)的四点弯曲(4PB)缺口试样的细观解理断裂应力。发现随试样尺寸和试样宽度的增加，断裂载荷明显变化，但细观解理断裂应力基本不变。不同尺寸和宽度的缺口试样的解理断裂主要由正应力判据控制。稳定的下限细观解理断裂应力值可以用较大尺寸的缺口试样测得，可用于评价钢的断裂韧度和结构安全性。在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入基体，不随试样尺寸和宽度变化。细观解理断裂应力主要由临界裂纹的长度决定。     

动态弹塑性断裂韧度JⅠd测试方法研究

借助于示波冲击实验,建立加载速率KI≈105MPa@√m/s条件下,测定材料动态弹塑性断裂韧度Jid的方法.通过计算得到三点弯曲试样的动态裂纹尖端张开位移COD以及动态裂纹扩展量Aa,在此基础上得到裂纹动态起裂点.在动态弹塑性断裂韧度Jid的计算中,考虑了材料动态应力一应变行为的影响.船用945钢的测试结果表明,文中建立的方法简单、方便,适合于工程应用.     

温度及显微组织对30A钢断裂韧度的影响

用三点弯曲试样通过系列温度下的裂纹尖端张开位移(COD)试验，研究了温度对30A钢断裂韧度的影响。同时采用透射电镜(TEM)分析研究了30A钢在不同热处理制度下的显微组织结构特征，得出了温度、显微组织对30A钢断裂韧度的影响规律。     

X65管线钢焊接接头低温韧性及安全评定的研究

研究了API5LX65海底管线钢焊接接头的力学性能和低温断裂韧度。采用欧共体提出的SINTAP方法，对焊趾处含有表面裂纹的X65管线钢焊接接头进行了安全评定。根据ISO标准(BS7448)，以裂纹尖端张开位移(CTOD)作为断裂韧度参量，测定了管线钢焊接接头0℃时的断裂韧度。对于热影响区试样，对其进行剖面金相显微组织分析，判断裂纹尖端是否落在粗晶区，确保试验结果的有效性及可靠性。根据全焊缝拉伸试验结果，建立了X65管线钢焊接接头焊缝的一级、三级评定曲线。     

蠕墨铸铁断裂韧度的试验研究

比较四种热处理方法下蠕墨铸铁试样的断裂韧度.试验结果表明,蠕墨铸铁的断裂韧度受不同基体组织的影响比较明显;受不同石墨形态的影响显著,与结构钢不同,蠕墨铸铁的断裂韧度随材料的屈服强度增大而增大,随石墨颗粒的长厚比增加会急剧下降.     

动态弹塑性断裂韧度J_(Ⅰd)测试方法研究

借助于示波冲击实验 ,建立加载速率 KⅠ ≈ 10 5MPa·m/s条件下 ,测定材料动态弹塑性断裂韧度JⅠd的方法。通过计算得到三点弯曲试样的动态裂纹尖端张开位移COD以及动态裂纹扩展量Δa ,在此基础上得到裂纹动态起裂点。在动态弹塑性断裂韧度JⅠd的计算中 ,考虑了材料动态应力—应变行为的影响。船用 945钢的测试结果表明 ,文中建立的方法简单、方便 ,适合于工程应用     

用于金属和非金属材料的人字形切槽断裂韧度试样

介绍四种人字形切槽断裂韧度试样,短圆棒、短方棒(以上两种统称短棒)、三点弯曲方棒和三点弯曲圆棒。这些新颖的试样克服传统直裂纹试样的一些缺点,使测试方法更加方便和经济,其中的短棒试样还有体积小巧的优点,这对研究环境(腐蚀、幅射、围压和温度)和工艺(热处理、成分和加工)对各种材料断裂韧度的影响十分有利。国际上权威的学术机构(ASTM,ISRM)已将短棒和三点弯曲圆棒试样标准化。除了主要用于 K_(IC)测试外,还有潜力用于 K_(ISCC)、da/dn 等其它断裂参数的测试。     

裂纹尖端钝化对CT试样力学性能影响的试验研究

通过平面断裂韧度实验对紧凑拉伸(CT)试样的力学性能进行研究,分析了尖裂纹和钝裂纹试样的断裂形貌特征,并定量分析了裂纹尖端钝化对力学性能的影响.实验结果表明,尖裂纹计算得出的断裂韧度值、最大断裂值、塑性分量和最大位移量都小于钝裂纹对应的数值,裂纹尖端形成的钝化区有利于抑制裂纹扩展,提高了抵抗断裂的能力,能够达到止裂的目的.随着裂纹尖端曲率半径的不断增加,存在最佳钝裂纹曲率半径.当曲率半径超过其值,刚度出现轻微退化,塑性分量在外加载荷输入能量中所占的比重越来越大,断裂韧度提升明显,增强了试样的承载能力.研究结果可为定量评价裂纹尖端钝化对力学性能的影响提供科学依据.