Page 43 - 理化检验-物理分册2023年第二期
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张 强, 等: 国内外标准中裂纹尖端张开位移的计算结果差异

                R 的计算公式为                                      21143 — 2014 、 ISO12135 : 2021 和 ASTM E1820 —


                                      2
                                                              2020b等3个断裂韧度试验标准中规定的计算公式
                                a / W
                       R / W =        g a / W          ( 3 )

                               1- a / W                        计算 CTOD , 结果如表1所示。随着测试温度的降
            式中: 为应力强度因子系数。                                     低, 按3个标准计算得到的 CTOD 均呈明显下降趋
                 g

                g a / W  = 10.51080-18.23566a / W  -           势。同 一 测 试 温 度 下 比 较 发 现, 按 照 ASTM



                92.96373a / W  +406.1855a / W  -              E1820 — 2020b标准计算得到的 CTOD 最小, 其次
                                                   3
                                2



                                                   5
                                4
                648.1842a / W  +482.2612a / W  -               为按 GB / T21143 — 2014 计算得到的 CTOD , 而按




                                          6            ( 4 )

                           139.8167a / W                       照ISO12135 : 2021计算获得的 CTOD 最大。当测
               g 1 a / W ) 的计算公式为
                   (
                                                               试温度较高, 材料具有较高的断裂韧性时, 3个不同
                                  a
                                      =                        断裂韧度测试标准计算得到的 CTOD 差别较大, 随
                               g 1  W
                                                               着测试温度的降低, 3 个断裂韧度试验标准计算得
             a            a      a          3.93 a  2.7a   
                          W                  W       W 2        到的 CTOD 差值减小。
           3    0.5    1.99-  1-     2.15-        +
                                                        2   
                                 W
             W
                    
                                                            
                               2a       a  1.5                     通过查阅大量技术规范发现, 在实际工程应

                         21+   W    1-  W                      用中一般将 CTOD 最小允许值δ min           确定为0.10~

                                                       ( 5 )  0.30mm 。当材料具有较高的断裂韧性时, 3 个不

              其中ISO12135 — 2021 标准对应的 CTOD 特                   同标准的测试结果均较高, 远超过一般规范中规
            征值的计算公式为
                                                               定的 CTOD 最小允许值δ min        , 不会影响判定结果;
                                            2
                                                   2

                      S    F          a 0    1- ν              按文中测试材料对应的设计文件或技术规范规
              δ 0=             0.5 × g 1              +
                     
                                            

                      W BB N W         W    mR p 0.2 E                                      为 0.15mm , 即该

                                                               定, 测试温度为 -20 ℃ 时, δ min
                           0.43W - a 0

                         τ               · V p         ( 6 )   材料在规定的测试温度下测试的 CTOD 大于该允
                          0.43W +0.57 a 0
                                                               许值时, 材料的断裂韧性才算合格。通过分析判
                                       R p 0.2
                           m = 4.9-3.5                 ( 7 )   断可以发现, 按照ISO12135 : 2021 标准测试时,
                                        R m

                                 2                             该产品达到合格水平, 而按照 GB / T21143 — 2014
                            R p 0.2      R p 0.2      

                τ= - 1.4           +2.8       -0.35            和 ASTME1820 — 2020b测试时, 该产品将被判定

                      
                                                      
                            R m          R m          
                      
                                                      
                    0.8+0.2ex p -0.019B -25
                                                       ( 8 )   为不合格。这样就会导致在实际工程应用或者产

              ISO12135 — 2021 标准中 CTOD 特征值计算                   品认可过程中, 因为选择测试标准的不同而出现
            公式中的其他计算参数与 GB / T21143 — 2014标准                   质量异议。

            一致。
                                                              3 结论

                 其中 ASTME1820 — 2020b标准对应的 CTOD
            特征值的计算公式为                                              GB / T 21143 — 2014 、 ISO 12135 : 2021 和


                                    J                          ASTME1820 — 2020等3个不同标准在适用范围、

                               δ=                      ( 9 )
                                                               试验仪器、 试样尺寸、 试验过程等方面没有本质的差
                                   mσ Y
                    为有效屈服强度。
                                                               异, 在相互取交集的部分可以等效, 但 3 个标准中
            式中: σ Y
                                           2      σ YS  3
                            σ YS
                                      σ YS
                                                              CTOD 的计算公式具有明显区别, 导致同一试样在
               m =A 0-A 1        +A 2       -A 3
                            σ TS      σ TS        σ TS
                                                               相同测试温度下测试的 CTOD 存在一定差异, 其中
                                                      ( 10 )
                                                               按照 ASTM E1820 — 2020计算的 CTOD 最小, 按
                                    , , ,       均为计算系
            式中: σ YS  为屈服强度; A 0 A 1 A 2 A 3

                                                               照ISO12135 : 2021计算的 CTOD 最大。
                   为极限抗拉强度。
            数; σ TS
                   的计算公式为                                          当材料具有较高的断裂韧性时, 3 个不同标准
                σ Y
                                                               的测试 结 果 均 较 高, 远 超 过 一 般 规 范 中 规 定 的
                                 σ YS+ σ TS
                            σ Y=                      ( 11 )                       , 不会影响判定结果; 当材料
                                     2                        CTOD 最小允许值δ min
                                                                                        附近时, 按照不同标准
            2 结果与讨论
                                                               的断裂韧性计算结果在δ min
                                                               计算可能导致判定结果不一致。

                 按 照 不 同 试 验 温 度 测 试 后,根 据 GB / T                                                ( 下转第46页)
                                                                                                         2 7
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