[发明专利]一种铸钢材料J-R阻力曲线的规则化测试方法

说明书

本发明提供了一种铸钢材料J‑R阻力曲线的规则化测试方法，包括以下步骤：S1：将待测试材料加工成台阶型缺口紧凑拉伸试件；S2：将进行断裂韧度试验；S3：进行二次疲劳试验；S4：测量初始裂纹长度a₀、终止裂纹长度a_f以及最终裂纹扩展长度Δa_f；S5：得到最终规则化数据点(q_pNn'，F_Nn)；S6：得到切点(q_pNt'，F_Nt)；S7：建立规则化校准方程；S8：得到终止裂纹长度a_n^*；S9：求出每一数据点(q_i，F_i)对应的裂纹长度a_i；S10：得到J‑R阻力曲线；S11：计算钝化线方程；S12：过Δa＝0.2mm作钝化线的平行线，其与J‑R拟合方程的交点定义为J_Q，并判断J_Q是否为非平面内尺寸敏感的；若J_Q为非尺寸敏感值，则定义为J_IC，即初始延性断裂韧度；否则J_Q为尺寸敏感值，定义为J_Q(B)。本发明优化了材料J‑R阻力曲线的规则化测试方法。

技术领域

本发明涉及断裂力学以及材料力学性能测试技术，尤其涉及一种铸钢材料 J-R阻力曲线的规则化测试方法。

背景技术

J-R阻力曲线是一条J积分随裂纹扩展长度变化而变化的曲线，可以表征 在试验过程中，弹塑性材料抵抗裂纹扩展的动态变化过程。在现有的含缺陷结构 完整性评定规范中，均需要准确地测量材料的J-R阻力曲线来对结构进行安全 可靠性设计和完整性评定。

美国ASTME1820、中国GB/T 21143、英国BS 7448以及国际ISO 12315等 规范都对材料J-R阻力曲线的测定进行了说明。测定方法可分为多试样法和单 试样法。多试样法需要测量6个及其以上的试件，不仅使材料浪费，人力、时间 消耗，且得到的数据分散性较大，无法对J-R曲线进行准确测定。单试样法能 较好地避免多试样法的缺陷。目前弹性卸载柔度法(Elastic Unloading Compliance Methods)以及电位降法(Direct CurrentElectric Potential Difference Methods)为 两种典型的单试样法，分别通过测量卸载柔度以及电位变化来测量裂纹长度，从 而得到J-R曲线。弹性卸载柔度法和电位降法已成功运用到多种材料J-R曲线 的测量之中。然而，由于弹性卸载柔度法需要在很小的位移间隔内进行卸载/再 加载循环以测量柔度，对测试仪器的精度要求高，测试时间长；电位降法需要直 流压降试验系统或交流压降试验系统，操作难度大，且很难确定裂纹萌生位置。 同时两种单试样法都无法在高速率加载、高温、高压或腐蚀的环境中使用，适用 范围小。

规则化法(Normalization Data Reduction Technique)被美国ASTM-E1820以 及中国GB/T 21143规范收录。基于主曲线法和载荷分离法，规则化法仅需在试 验过程中测得材料的施力点位移—荷载(q-F)曲线或裂纹嘴张开位移—荷载 (V-F)曲线，之后对荷载和位移进行规则化处理，并建立规则化校准方程。 再经过迭代程序，即可得到每一个数据点(q，F)或(V，F)对应的裂纹长 度，从而得到J-R曲线。与弹性卸载柔度法和电位降法相比，规则化法无需高 精度仪器以及繁琐的操作步骤，且适用于在高温、高压、高加载速率等条件下的 J-R曲线测量。

尽管规则化法操作简单，适用范围广，但在对荷载、位移进行规则化处理、 迭代程序的编写以及J积分的计算等方面仍存在如下问题：

1.施力点位移—荷载(q-F)曲线下的塑性面积U_p应如何计算。

2.钝化裂纹修正式如何选用。

3.如何确定从最终规则化数据点向前面的规则化数据点做切线，切点的位置。

4.在无法确定初值的情况下，如何快速对规则化校准曲线进行拟合。