断裂力学试验解决方案

材料或结构中缺陷（或裂纹）出现是不可避免的。由缺陷引起的断裂，是工程中最重要和最常见的失效模式。在人们还不能深刻认识断裂破坏的机理和规律的时候，若发现零件、构件出现裂纹，一般只能按不合格报废处理，这往往造成巨大浪费。因此用断裂力学知识去研究裂纹的裂纹扩展特性，保证带裂纹的零件、构件不致因裂纹扩展而断裂，就需要研究这些材料的疲劳裂纹扩展规律。所以研究疲劳裂纹扩展规律在现实工程中是必要的。

研究裂纹在应力作用下如何在材料中扩展。材料分为以下几类:

脆性材料：裂纹通常会使试样迅速破坏。脆性断裂测试描述了应力强度的临界水平KIc，这是试样中裂纹保持稳定的最大应力水平。高于这一水平的应力会导致裂纹迅速增长，通常会导致灾难性的试件破坏。

韧性材料：裂纹不会立即导致试件失效，而是随着施加应力的增加而继续抵抗裂纹扩展。韧性断裂测试描述了JIc，这是导致裂纹伸长所需能量的测量。

Test_Center疲劳试验软件

万测研制的断裂力学试验系统，在Test_Center疲劳试验软件增加了断裂力学模块。硬件可以选择HDT_A或HDT_B系列疲劳试验机。

◤性能特点

▶能够设置独立试验方案，提高客户操作性； 能够自动预制裂纹； 满足KIc、JIc、CTOD、da/dN试验；

▶适用CT、SEB、MT等试样形状； 数据结果统计模块可生成R阻力曲线；

▶CTOD和JIc试验支持多试样和单试样法；裂纹扩展试验支持升K，降K，恒K。

▶ 可以配高低温环箱、高温炉、盐雾箱等环境设备，让断裂力学试验能更加接近真实工况。

◤执行以下相关标准

▶ GB/T 6398金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法；

▶ GB/T 21143金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法；

▶ ISO 12135 Metallic materials—Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness；

▶ ISO 12108 Metallic materials—Fatigue testing—Fatigue crack growth method；

▶ ASTME1820 Measurement of Fracture Toughness；

▶ ASTME399 Linear-Elastic Plane-StrainFractureToughness of Metallic Materials；

▶ ASTME647 Measurement of Fatigue Crack Growth Rates；

◤断裂力学试样

裂纹试验的大多数试验需要特定形状的试样，在一系列的标准中都有对试样进行描述；当您在参数设置时可以选择不同的试样形状，市面上常用的试样形状有CT(直通型)和SEN(B)(三点弯曲)试样形状。试样形状及尺寸信息会直接影响 结果，在测量尺寸时应准确测量。

◤预制裂纹

▲ 降K预制裂纹

1.软件根据参数设置自动调整控制力值，每一次力值调整都会生成试验日志。

2.试验起始K值一般小于80%。

3.达到设定的K或者裂纹长度时试验结束。

▲ 恒K预制裂纹

1.程序先执行降K流程。

2.达到设定K值后，保持在设定K附近持续裂纹扩展。

3.裂纹长度达到设定目标试验结束。此方法可以直接锁定预制裂纹后端的K值。

▲ 断裂韧性-KIc

1.在设定力值范围循环3次，消除夹具、试样、引伸计间隙。

2.根据设置的试验速度施加载荷。当试验力下降到峰值力的百分比(建议60%)时试验结束。

▲ 断裂韧性-CTOD(多试样法)

1.切换试验速度施加载荷。当试验力下降或达到设定裂纹开口(COD规)时试验结束。

2.每次试验需要在不同的开口位置结束，满足最终的R阻力曲线的有效数据点位置。

▲断裂韧性-JIc(单试样)

1.在设定力值范围循环3次，消除夹具、试样、引伸计间隙；检测a0。

ο(建议10%-20%)；循环此步骤，引伸计目标在每次加载时递增，达到引伸计设定目标试验停止。

3.加卸点计算出来的J值需要在R 阻力曲线的有效数据点位置。

◤断裂韧性（KIc）试验数据分析

1.功能KIc：获得KIc曲线分析及数据分析。

2.曲线加载：按条件加载试验数据。

3.曲线：按KIc曲线标准显示载荷-裂纹张开位移曲线。

4.计算：软件自动得到加载弹性段，以弹性段画偏置5%的偏置线，计算得到Kq和特征点。

5.计算结果显示。

1.表头，可以选择输出试验信息、试样尺寸、裂纹长度等。

2.数据：实际计算数据。

3.判定：根据标准内容判定。

4.曲线：KIc分析曲线。

◤断裂韧性（JIc）试验数据分析

1.根据试验数据设置筛选条件获取数据特征点(卸载点、加载点、卸力点)。

2.计算每次卸载的试验数据及JIc计算数据。

3.绘制R阻力曲线。

4.导出JIc报告。

1.根据数据点自动画拟合曲线； 钝化线，0.1，0.2，0.3，0.5偏置线；

Jmax，Δamax。

2.获取对应函数方程式。

3.获取R阻力曲线。

◤CTOD试验数据分析

1.获取缺口张开位移(施力点位移)和载荷曲线。

2.检查曲线是否出现pop-in，并计算δ或者J。

3.对多个试样进行试验并且得到对应的δ或者J，生成R阻力曲线。

◤裂纹扩展(da/dN)

▲裂纹扩展(da/dN)降K试验

1.软件自动根据设置梯度C连续降力。

2.应力强度因子K连续下降。

3.裂纹增长速率逐渐降低。

4.降K试验适用于求得门槛值ΔKth。

▲裂纹扩展(da/dN)恒K试验

1.随着试样开始疲劳，裂纹增大，应力强度因子也逐步增大，软件通过调整控制力值保持Kmax在一定范围内。

2.试验过程中应力强度因子K逐步下降，到了设定值后保持。

3.当Kmax保持稳定后，裂纹速率保持一定斜率。

◤裂纹扩展(da/dN)试验数据分析

▲裂纹扩展(da/dN)升K试验

1.随着试样裂纹变大，应力强度因子K逐步增大。

2.随着疲劳时间增加，裂纹扩展速率逐步加大。

3.升K法适用于裂纹扩展速率 ＞1×10^(-5)。

4.达到裂纹长度或者K试验停止。

▲裂纹扩展(da/dN)升K试验数据分析

1.加载试验时裂纹长度与周期的趋势曲线。

2.裂纹修正：根据起始裂纹和最终裂纹对整个裂纹过程进心修正。

3.设置裂纹长度区间，从原始数据中筛选出需要的数据。

5.割线法、多项式：获得裂纹扩展速率的计算方法。

6.计算ΔK，da/dN裂纹扩展相关数据及绘画ΔK-da/dN速率曲线。

7.导出报告。

▲ΔK-da/dN速率曲线

1.根据试验数据计算方程式公式并绘画拟合曲线。

2.获得ΔK-da/dN速率曲线为log坐标显示；

▲裂纹扩展（da/dN）增量多项式测试报告

1.报告表头，可以选择输出试验信息，试样尺寸， 裂纹长度等

2.数据：da/dN相关数据。

3.曲线：输出裂纹长度-周期趋势线，da/dN-ΔK速率曲线。

▲降K-门槛值

1.通过条件设置获取10-6 ~10-7 的有效数据点。

2.选择割线法、多项式：获得裂纹扩展速率的计算方法。

3.计算ΔK，da/dN裂纹扩展相关数据及绘画ΔK-da/dN速率曲线。

4.导出报告。

▲ΔK-da/dN速率曲线

1.根据试验数据计算方程公式并绘画拟合曲线。

2.获得ΔK-da/dN速率曲线为log坐标显示；

▲裂纹扩展（da/dN）割线法测试报告

1.报告表头，可以选择输出试验信息，试样尺寸，裂纹长度等。

2.曲线：输出裂纹长度-周期趋势线，da/dN-ΔK速率曲线(速率在10^(-6)~10^(-7) 之间)。

3.数据：da/dN相关数据。

◤断裂力学试验附件

SEB夹具

可按用户需求订制其它规格。

CT夹具

可按用户需求订制其它规格。

COD规