精細(xì)陶瓷斷裂韌性試驗(yàn)方法單邊預(yù)裂紋梁

前言

1范圍

2規(guī)范性引用文件

3術(shù)語(yǔ)和定義

4符號(hào)及其物理意義

5原理

6試驗(yàn)設(shè)備

7試樣

8試驗(yàn)方法

9試驗(yàn)結(jié)果的有效性

10計(jì)算

11試驗(yàn)報(bào)告

附錄A（規(guī)范性附錄） 橋壓法預(yù)制裂紋的試驗(yàn)裝置

附錄B（規(guī)范性附錄）預(yù)制裂紋的操作方法

附錄C（資料性附錄）Y（l/w）和F（l/w）的數(shù)值速查表2100433B

《精細(xì)陶瓷斷裂韌性試驗(yàn)方法 單邊預(yù)裂紋梁(SEPB)法(GB/T 23806-2009)》對(duì)文字材料進(jìn)行了編輯性修改：“本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”一詞改為“本標(biāo)準(zhǔn)”；小數(shù)點(diǎn)“.”代替作為小數(shù)點(diǎn)的逗號(hào)“，”；刪除了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的前言；對(duì)公式形式進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理（本標(biāo)準(zhǔn)中公式（7）和公式（10））。

在斷裂韌性的測(cè)定中，有三個(gè)階段，在第一階段里，F(xiàn)PZ逐漸形成，應(yīng)力強(qiáng)度因子K_I值將會(huì)單調(diào)增加；在第二階段里，裂紋發(fā)生穩(wěn)定擴(kuò)展；然后在第三階段，出現(xiàn)了K_I值的突然減少到K_IC值。對(duì)于這種現(xiàn)象的一種可能解釋是數(shù)值方法的固有假定所至。在有限元標(biāo)定中假定了理想的線(xiàn)彈性系統(tǒng)，但隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，此假定卻進(jìn)一步失去正確性。因?yàn)橛邢蘖鸭y長(zhǎng)度增加，可以觀(guān)察到大的殘余CMOD。這個(gè)影響，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)可以忽略，但到實(shí)驗(yàn)的后期此影響是相當(dāng)大的。

一般地，僅僅第二階段時(shí)的斷裂韌性值可以作為靜力分析時(shí)用。它們的平均值總結(jié)于下表中。從表中，我們可以觀(guān)察到如下現(xiàn)象：

①上面的表中所列的相對(duì)偏差都在范圍20%以?xún)?nèi)，斷裂韌性的客觀(guān)值與試件的尺寸無(wú)關(guān)，并可以獲得；

②基于水平方向上的相對(duì)誤差，也可發(fā)現(xiàn)斷裂韌性與MSA的尺寸無(wú)關(guān)；

③這些結(jié)果是在無(wú)限制條件的實(shí)驗(yàn)室里得到的，對(duì)于限制應(yīng)力對(duì)斷裂韌性的影響可見(jiàn)1990年Saouma等人的研究結(jié)果。

斷裂韌性表征材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，是度量材料的韌性好壞的一個(gè)定量指標(biāo)。在加載速度和溫度一定的條件下，對(duì)某種材料而言它是一個(gè)常數(shù)，它和裂紋本身的大小、形狀及外加應(yīng)力大小無(wú)關(guān)，是材料固有的特性，只與材料本身、熱處理及加工工藝有關(guān)。當(dāng)裂紋尺寸一定時(shí)，材料的斷裂韌性值愈大，其裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展所需的臨界應(yīng)力就愈大；當(dāng)給定外力時(shí)，若材料的斷裂韌性值愈高，其裂紋達(dá)到失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)的臨界尺寸就愈大。它是應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值。常用斷裂前物體吸收的能量或外界對(duì)物體所作的功表示。例如應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)下的面積。韌性材料因具有大的斷裂伸長(zhǎng)值，所以有較大的斷裂韌性，而脆性材料一般斷裂韌性較小。

斷裂韌性在工程中受到重視的原因是，它表征與光滑試樣中強(qiáng)度特性完全相反的特性。例如，很粗略地說(shuō)，同一系列的材料的斷裂韌性值隨屈服強(qiáng)度增加而下降。因此，盡管按屈服強(qiáng)度準(zhǔn)則認(rèn)為已進(jìn)行十分安全設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度材料的結(jié)構(gòu)，由于其構(gòu)件中某種原因或有缺陷或產(chǎn)生裂紋，甚至也會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定斷裂造成致命的損傷。由于材料屈服強(qiáng)度隨溫度下降而增大，在設(shè)計(jì)過(guò)程中未考慮低溫?cái)嗔秧g性的情形，也會(huì)造成同樣結(jié)果。過(guò)去結(jié)構(gòu)物斷裂事故中，由于對(duì)上述斷裂韌性認(rèn)識(shí)不足而發(fā)生的事故一定不少。

一般地說(shuō)，在不穩(wěn)定斷裂之前，隨著載荷增加斷裂徐徐進(jìn)行，即所謂穩(wěn)定斷裂的情形不少。雖是一種穩(wěn)定斷裂，但由于疲勞，應(yīng)力腐蝕裂紋，蠕變等原因，裂紋擴(kuò)展后轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定斷裂的情形也不少。

如把臨界缺陷擴(kuò)展稱(chēng)為不穩(wěn)定斷裂，把亞臨界缺陷擴(kuò)展叫做穩(wěn)定斷裂，不管穩(wěn)定斷裂的內(nèi)容如何，斷裂韌性均表示材料在穩(wěn)定斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定斷裂時(shí)的阻抗值。當(dāng)然，斷裂韌性受事先進(jìn)行的穩(wěn)定斷裂的影響是明顯的。同時(shí)，我們知道斷裂韌性值有顯著的尺寸效應(yīng)。尺寸效應(yīng)是產(chǎn)生應(yīng)力狀態(tài)和屈服范圍問(wèn)題的原因，尤其是屈服范圍構(gòu)成選擇表示斷裂韌性的力等參數(shù)問(wèn)題。