CTOD

名稱：CTOD試驗(yàn)

內(nèi)容簡(jiǎn)介：

CTOD （Crack Tip Opening Displacement裂紋尖端張開位移）試驗(yàn)是一種評(píng)價(jià)材料和焊接接頭抗斷裂性能的有效方法.

1965年Wells(威爾斯)在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。提出裂紋尖端張開位移(CTOD)理論。實(shí)驗(yàn)與分析表明，裂紋體受載后，裂紋尖端附近存在的塑性區(qū)將導(dǎo)致裂紋尖端的表面張開，這個(gè)張開量就稱為裂紋尖端的張開位移，通常用δ來(lái)表示。

Wells認(rèn)為：當(dāng)裂紋尖端的張開位移δ達(dá)到材料的臨界值δc時(shí)。裂紋即發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。裂紋尖端張開位移是彈塑性斷裂力學(xué)中的一個(gè)重要參量。

通過(guò)計(jì)算裂紋尖端附近的張開位移，利用位移外推插值法得到裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子的結(jié)果。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用CTOD試驗(yàn)作為焊接接頭的評(píng)定方法；

尤其對(duì)板厚超過(guò)50毫米的焊接接頭，按規(guī)范必須做CTOD試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)焊接接頭抗開裂性能的優(yōu)劣，近年來(lái)國(guó)內(nèi)也呈現(xiàn)了這一趨勢(shì)。

Dugdale和Barenblatt分別通過(guò)對(duì)中心裂紋薄板拉伸的實(shí)驗(yàn)研究。提出了裂紋尖端塑性區(qū)呈現(xiàn)尖劈帶狀特征的假設(shè)(簡(jiǎn)稱D-B模型)。

D-B模型假設(shè)：裂紋尖端區(qū)域的塑性區(qū)沿裂紋線兩邊延伸呈尖劈帶狀．塑性區(qū)的材料為理想塑性狀態(tài)。

整個(gè)裂紋和塑性區(qū)周圍仍為廣大的彈性區(qū)所包圍，如果取消塑性區(qū)，塑性區(qū)與彈性區(qū)交界面上作用有均勻分布的屈服應(yīng)力σs。σs指向是使塑性區(qū)裂紋閉合。

該模型認(rèn)為，在遠(yuǎn)場(chǎng)均勻拉應(yīng)力作用下裂紋長(zhǎng)度從2a延伸到2c，屈服尺寸R=c-a，當(dāng)以帶狀屈服區(qū)尖端C為裂尖時(shí)，原裂紋的端點(diǎn)的張開量就是D-B帶狀模型下的裂紋尖端張開位移。

必須注意，D-B帶狀模型分析的適用條件：

（1）針對(duì)平面應(yīng)力情況下的無(wú)限大平板中心有貫穿裂紋的問(wèn)題進(jìn)行研究。

（2）引入了彈性假設(shè)，使計(jì)算分析比較簡(jiǎn)單，一般適用于σ/σs≤0.6的情況。

（3）假設(shè)塑性區(qū)材料為理想塑形（無(wú)硬化），區(qū)域?yàn)閹睿l狀）（非魚尾狀）。

斷裂力學(xué)史思以評(píng)定金屬材料抗脆性斷裂性能的指標(biāo)是斷裂恝性(度)，主要有Kis5s和Jis三秧s它們各有丕鳳的適用范圍:而具都可以通過(guò)試驗(yàn)加以測(cè)定。具奠我國(guó)測(cè)定是Kic.是按GBLT4161—1984《金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度Kic試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行:測(cè)定é c按GB/T 2358—1994《金屬材料裂紋尖端張開位移試驗(yàn)方法》的規(guī)定講行，測(cè)定Jic按GB/T2038—1991《金屬材料延性斷裂韌度Jic試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行。鑒于焊接結(jié)構(gòu)大量采用中、低強(qiáng)度鋼、這些材料多數(shù)是在彈塑性條件下發(fā)生斷裂，一般都采用o c這個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，這甲摘要介紹oc的CTOD試驗(yàn)方法。

CTOD是裂紋張開位移英文字頭的縮寫(Crack-tip 0pening Displacement)，一般用é表示，對(duì)具有一定裂紋的構(gòu)件，當(dāng)載荷逐漸增加，原裂紋尖端張開的位移é逐漸增大。當(dāng)裂紋張開位移幣達(dá)到材料一定臨界值o c時(shí)，裂紋就擴(kuò)展而破斷。就把這個(gè)臨界值o c作為材料斷裂韌性的指標(biāo)。

按GB/ T2358—1994規(guī)定,可以采用帶疲勞裂墳的直3點(diǎn)彎曲[SE(B)]加載、拱形三點(diǎn)彎曲[ASE(B)J加載或緊湊拉伸[C(T)]三種不同的試樣在室溫或低溫下進(jìn)行試驗(yàn),測(cè)得裂紋擴(kuò)展過(guò)程中不同階段的CTOD值，其中包括oc值。

注:1.機(jī)加工缺口應(yīng)垂直于試樣表面，偏差在±2°以內(nèi)。

2.單試樣法宜采用整體刀口。

試樣厚度B應(yīng)優(yōu)先采用被測(cè)材料的原始厚度。試樣的原始裂紋長(zhǎng)度αo(圖中末標(biāo)出)，必須在0.45W～0.55W范圍內(nèi)。試樣的加工缺口應(yīng)在下圖中規(guī)定的包跡內(nèi)，缺口根部半徑小于等于0.8mma

試樣長(zhǎng)度不小于4.5W，寬度與厚度之比W/B在1~4范圍內(nèi).必須通過(guò)疲勞的方法對(duì)試樣預(yù)制疲勞裂紋，其長(zhǎng)度應(yīng)不小于5%a o，且不小于1.3mm。采用多試樣法時(shí)，至少應(yīng)準(zhǔn)備6個(gè)試樣，采用單試樣法時(shí)，以準(zhǔn)備3個(gè)試樣為宜。

試驗(yàn)可采用各種形式的材料試驗(yàn)機(jī)，但須滿足GB 228要求。

試樣與支承輻之間保持滾動(dòng)接觸，支承輾與夾具必須采用高強(qiáng)度鋼，其硬度須大子40HRC，以防表面產(chǎn)生壓痕。

焊接接頭的CTOD試驗(yàn)可參照.JB/T4291—1999《焊接接頭裂紋張開位數(shù)(CTOD)試驗(yàn)法》的規(guī)定進(jìn)行。在試驗(yàn)的加載過(guò)程中，記錄載荷Р與引伸計(jì)測(cè)出的缺口張開位移V的P一V曲線，

為了獲得6r和△α的關(guān)系曲線(△α為裂紋擴(kuò)展量，o r為對(duì)應(yīng)該裂紋擴(kuò)展量的CTOD值)，可以采用多試樣法，即用至少6個(gè)形狀及幾何尺寸完全相同的試樣，分別加載到不同的裂紋擴(kuò)展量，用光學(xué)方法在斷口上測(cè)定裂紋長(zhǎng)度，然后將測(cè)得的百r和△α作圖，用解析法得出6r和△α的佳回歸曲線。