Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹主位移

　　1　引　言

　　为了应用夹式引伸计结合声发射法,确定复合裂纹的开裂点及给出加载时载荷-位移曲线,以便确定裂纹尖端是否处于线弹性状态,线弹性断裂力学是否适用,必须首先确定复合型裂纹张开的主位移方向。

　　2　Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹主位移方向的确定

　　某种试样及装置条件下,在Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹中,Ⅰ型裂纹的主位移为:

　　将式2代到式1得:

　　在纯Ⅲ型加载情况下,裂纹长度与Ⅲ型裂纹位移的关系由以下两式给出:

式中u₃由式4给出。

　　利用式3、式7、式4确定Ⅰ-Ⅲ复合裂纹张开的主位移方向,设主位移V的方向与V₁方向成B角,则

　　从式8和式4可以看出:Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹张开的主位移方向仅是裂纹长度和试样水平方向夹角A的函数。

　　3　Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹的载荷-位移曲线

　　进行Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹断裂试验的A角分别为60°、45°、30°、0°。每个角度下试样分别为3个,按式8计算出裂纹张开的主位移方向。按着刀口片的前沿垂直于主位移方向用502胶将刀口片粘在试样裂纹面的两侧,用位移引伸计测定裂纹张开的主位移,试验加载时采集力传感器及引伸计的信号,就可以获得最高载荷及试验施加的力P相对于主位移V的关系曲线。图1A=30°下力P与主位移V的关系曲线。

　　图1表明:在其它条件相同的情况下(如裂纹长度、名义应力),A=30°下Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹尖端塑性区比A=60°下的大。获得载荷-位移曲线后,便可以确定裂纹尖端是否处于线弹性状态或小范围屈服状态,线弹性断裂力学是否适用。

　　4　结　论

　　本文对Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹断裂过程中的载荷、位移进行了试验研究和理论分析,得到如下结论:

　　(1)本文给出了Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹的主位移方向,应用夹式引伸计获得了载荷-位移曲线。根据载荷-位移曲线确定了Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹断裂试验处于线弹性状态或小范围屈服状态,同时也间接地验证了依据Mises屈服准则得出的裂纹尖端塑性区的正确性。

　　(2)Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹断裂试验表明:裂纹开裂时载荷并非最大,随着裂纹扩展,载荷逐渐增大,直到处于失稳状态,裂纹才发生瞬断,此时载荷达到最大值。

　　本文作者：孙树华　工程师　鞍钢技术中心钢研所