1、實驗報告一、實驗名稱：有機玻璃SENB斷裂韌性測量實驗二、實驗目的1. 學習了解有機玻璃平面應變斷裂韌度 Kic試樣制備，斷口測量及數(shù)據處理的關鍵要點。2. 掌握有機玻璃平面應變斷裂韌度 Kic的測定方法。三、實驗器材：島津萬能實驗機、三點彎曲試件、游標卡尺四、實驗原理：本實驗按照國家標準 GB4161-2007規(guī)定進行。1. 材料斷裂韌性的定義：在線彈性斷裂力學中，材料發(fā)生斷裂脆斷的一個重要準則是Ki =Kc式中，Ki為應力強度因子，它是反映裂紋尖端附近應力場強弱的參量，其值決定與構件的幾 何形狀、裂紋尺寸和外加載荷的大??；而 Kic是材料在平面應變狀態(tài)和小范圍屈服條件下，I型裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴

2、展時的臨界應力強度因子，也稱為材料的平面應變斷裂韌度。Kic表征材料 在線彈性范圍內有裂紋是抵抗斷裂的能力，是材料固有的一種力學性質。因此，在一定條件 下，它與加載方式、試樣類型和尺寸無關，可以通過實驗測定。在測試Kic時，試樣的 心表達式已知，心=丫。廟=丫*慕。式中，Y、Y'是試樣的形 狀因子，在試樣形狀和尺寸一定時是常數(shù)；P是加在試樣上的外載荷；a是裂紋的長度。所以， 在測試時，只要在試樣加載過程中，測出裂紋失穩(wěn)擴展時的臨界載荷Fc （或臨界應力oc）和試樣的裂紋尺寸a,就可以求出試樣材料的臨界應力強度因子。由丁要求試樣在平面應變和小范圍屈服條件下失穩(wěn)擴展，裂紋失穩(wěn)擴展前原長仍為

3、a,所以平面應變斷裂韌度Kic的測定，實際上只是臨界載荷FC的測定。2. 應力場強度因子Ki表達式對丁三點彎曲試樣，應力強度因子的表達式為：-5 -PSKi = 3/2 fBW W式中，S為試件跨度，B為試件厚度，W為試件高度，a為試件裂紋長度，如圖1所示。圖1三點彎曲試件圖修正系數(shù)f(a/W)為a/W的函數(shù) 13579f (a/y) =2.9(a/y)2 -4.6(a/y)2 21.8(a/y)，-37.6(a/y)，38.7(a/y)2 可以查表1, a/W在0.4-0.5之間。表1三點彎曲單邊切口梁的f(a/W)值a/Wf(a/W)a/Wf(a/W)a/Wf(a/W)0.41.9810.

4、4352.1860.472.4260.4052.0090.442.2180.4752.4630.412.0370.4452.2310.482.5620.4152.0650.452.2840.4852.5710.422.0950.4552.3180.492.5810.4252.1240.462.3530.4952.6230.432.1550.4652.3890.52.6653. 平面應變條件對厚度的要求：當試件的厚度足夠時，在厚度方向上的平面應力層所占比重很小，裂紋頂端的廣大區(qū)域處丁平面應變狀態(tài)。這時整個試樣近似地均處在平面應變條件下， 從而才能測得一穩(wěn)定的K1C 值。對試件厚度要求推薦為：B&

5、gt;2.5K1C/ )五、實驗步驟：1. 準備試樣：本實驗中采用有機玻璃作為試樣材料，并預置有裂紋;2. 測量試件與裂紋的相關尺寸；將試樣裝置到試驗機上；3. 開動拉伸機，緩慢勻速加載，直至試樣明顯開裂，停機。 曲線上記錄下載荷位移曲線;4. 待試樣壓斷后，實驗停止，停機取下試樣；觀察斷口外貌。六、實驗過程及數(shù)據處理：1. 用游標卡尺測定時間的幾何尺寸：F/2-%-F72L E圖1三點彎曲試件如圖1所示，測得材料的具體幾何尺寸為：跨度S厚度B高度y長度L裂紋長度a30mm4.40mm9.67mm46.14mm4.20mm2. 將試件放在萬能實驗機上，加載并記錄數(shù)據。得到載荷-位移曲線如圖2所

6、示:125 n0.000.050J0 D150.200.250.30Displacemei!it(mmi圖2載荷-位移曲線由上圖可得，臨界載荷Pc=110.264N。2.計算材料的斷裂韌度標準三點彎曲試樣的應力強度因子 K|的表達式為PS ki =孑泛 f(a/y)By13579其中，f (a/y) =2.9(a/y)，4.6(a/y)2 +21.8(a/y)，-37.6(a/y)2 +38.7(a/y)，。所以，由上述所測得結果，可以求出有機玻璃的斷裂韌度為Ke =1.866MPa，而。七. 結果分析：1. 試件的斷裂韌性與溫度和加載速率有關。本實驗是在常溫下做的，加載情況為準靜態(tài) 環(huán)境。2. 求出的有機玻璃的斷裂韌度為 島=1.866MPa扁實驗測定材料的斷裂韌性較低，比 鋼材的斷裂韌性低很多。3. 觀察實驗后試件的裂紋面，可以活楚地看到，在最開始起裂處，裂紋面十分光滑，之 后逐漸粗糙，在裂紋擴展的最后部分，可以觀察到裂紋面上