一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置以及測試方法制造方法及圖紙

一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置以及測試方，該方法借助刀口輔助裝置獲得不同高度的COD規張開位移，計算得到三點彎曲試樣的施力點位移，進而獲得三點彎曲試樣的延性斷裂韌性JIC，使得高強高韌合的安全評價工作可以有效的開展。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于金屬材料斷裂力學性能檢測
，具體涉及一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置及其測試方法。
技術介紹
隨著冶金質量的提高，高強高韌合金作為結構材料在工程上應用的越來越多，經常需要對其進行安全評價。平面應變斷裂韌性K?C是重要的安全評價指標和結構件設計指標，因此通過測試獲得高強高韌合金的平面應變斷裂韌性K?C就顯得尤為重要。但是對于高強高韌合金，直接測試平面應變斷裂韌性K?C通常是不可行的，這是由于在測試中若采用較小尺寸的斷裂韌性試樣，通常不滿足平面應變K?C的判定條件B≥2.5(K?C/Rp0.2)2和Pmax/PQ≤1.1；在測試中若采用較大尺寸的斷裂韌性試樣，試驗機的容量通常達不到。目前對于高強高韌合金平面應變斷裂韌性K?C的測試是通過測試延性斷裂韌性JIC，由轉化公式獲得K?C。三點彎曲試樣由于形式簡單、加工快捷、代表性強等優點成為金屬材料斷裂力學性能檢測領域中試樣形式的首選，尤其三點彎曲試樣的缺口位于上表面，使得COD規可以置于低溫液體外，從而可以有效的保護COD規，這使得三點彎曲試樣成為低溫延性斷裂韌性JIC測試中試樣形式的唯一選擇。在延性斷裂韌性JIC試驗過程中，需要獲得施力點位移V-載荷F曲線，而對于三點彎曲試樣，由于COD規只能測得水平方向的缺口張開位移，不能直接得到豎直方向的施力點位移，如圖1所示，繼而試驗不能獲得有效的延性斷裂韌性JIC。目前，大多數測試者都是直接利用試驗機機架位移近似代替施力點位移，由于試驗機機架位移包括施力點位移、設備位移、橫梁位移、試樣彈性位移及試驗卡具彈性位移，這就導致試驗得到的試驗機機架位移遠遠大于施力點位移，從而造成測試誤差。
技術實現思路
為了解決延性斷裂韌性JIC試驗中三點彎曲試樣施力點位移無法測試的問題，本專利技術提供了一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置及其測試方法。該方法借助雙刀口裝置獲得不同高度的COD規張開位移，計算得到三點彎曲試樣的施力點位移，進而獲得三點彎曲試樣的延性斷裂韌性JIC，使得高強高韌合的安全評價工作可以有效的開展。為實現上述技術目的，所采用的技術方案是：一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置，設有兩組對兩個COD規夾緊的雙刀口裝置，兩個COD規呈不同高度設置，左雙刀口裝置和右雙刀口裝置分別設在三點彎曲試樣缺口的兩側，每個雙刀口裝置的兩側的卡臂分別通過螺栓夾設在三點彎曲試樣上，雙刀口裝置的兩個刀口呈上下設置，并設置在三點彎曲試樣上方，在測試前，左雙刀口裝置和右雙刀口裝置的兩個刀口刃在水平方向上對齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個COD規，每個雙刀口裝置的兩個刀口刃在豎直方向上對齊。本專利技術所述的螺栓和三點彎曲試樣之間設有墊片。本專利技術所述的螺栓的螺栓頭為弧面，墊片的中心設有與螺栓頭相匹配的凹槽。一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置的測試方法，：包括以下步驟：步驟一、將左雙刀口裝置和右雙刀口裝置安裝在三點彎曲試樣缺口的兩側，使左雙刀口裝置和右雙刀口裝置的兩個刀口刃在水平方向上對齊，每個雙刀口裝置的兩個刀口刃在豎直方向上對齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個COD規；步驟二、利用三點彎曲試驗機對三點彎曲試樣施加載荷，兩個COD規給兩側的兩個刀口施加張力，使左雙刀口裝置和右雙刀口裝置相對三點彎曲試樣不發生滑動，測試左雙刀口裝置上刀口與右雙刀口裝置上刀口的張開位移V1和左雙刀口裝置下刀口與右雙刀口裝置下刀口的張開位移V2，由公式 （2）式中：q-施力點位移；S-三點彎曲試樣跨距；V1-左雙刀口裝置下刀口與右雙刀口裝置下刀口的張開位移；V2-左雙刀口裝置上刀口與右雙刀口裝置上刀口的張開位移；z1-下刀口和三點彎曲試樣表面之間的距離；z2-上刀口和三點彎曲試樣表面之間的距離；即可獲得三點彎曲試樣的施力點位移q，采用多試樣法獲得三點彎曲試樣的Δa-J阻力曲線、延性斷裂韌性JIC和平面應變斷裂韌性KIC。本專利技術有益效果是：該方法借助雙刀口裝置，通過測試不同高度的COD規張開位移，利用幾何原理計算得到三點彎曲試樣的施力點位移，繼而得到試樣的延性斷裂韌性JIC，得到的數據準確性高、誤差低。這使得高強高韌合金的安全評價工作可以有效的開展。同時該裝置具有拆卸方便，可以重復使用等優點。附圖說明圖 1為現有技術中COD規測缺口張開位移示意圖；圖2為本專利技術施力點位移測試原理圖；圖3為本專利技術雙刀口裝置裝配平面示意圖；圖4為本專利技術雙刀口裝置的側視結構示意圖；圖5為本專利技術雙刀口裝置裝配立體示意圖；圖6為本專利技術雙刀口裝置的立體結構示意圖；圖7 為本專利技術實施例X70管線鋼斷裂韌性JIC試樣正視形式及尺寸；圖8為本專利技術實施例X70管線鋼斷裂韌性JIC試樣俯視形式及尺寸；圖9為本專利技術1#試樣COD規張開位移V1/V2-載荷F曲線；圖10為本專利技術1#試樣施力點位移q-載荷F曲線；圖11為本專利技術X70管線鋼J積分與裂紋擴展量Δa的關系曲線圖；圖12為本專利技術螺栓的結構示意圖；圖13為本專利技術墊片的結構示意圖；圖中：1、雙刀口裝置，101、卡臂，102、螺栓，1021、螺栓頭，2、左雙刀口裝置，3、右雙刀口裝置，4、三點彎曲試樣缺口，5、三點彎曲試樣，6、COD規，7、墊片，701、凹槽。具體實施方式一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置及其測試方法，通過測試不同高度的COD規張開位移，利用幾何原理計算得到三點彎曲試樣的施力點位移，測試原理見圖2，施力點位移q可由公式（2）計算獲得。 （1） （2）式中：q-施力點位移；S-三點彎曲試樣跨距；V1,V2-兩個刀口的張開位移；z1,z2-兩個刀口和試樣表面之間的距離；施力點位移的測試借助雙刀口裝置來實現。雙刀口裝置包括一對雙刀口、墊片和螺栓等。一對雙刀口分別置于三點彎曲JIC試樣缺口的兩側，由四個墊片和四個螺栓分別從前、后、左、右固定雙刀口，保證試樣缺口兩側的刀口在同一個水平線上，如圖3、4、5所示，并且在COD規給兩個刀口施加張力時保證其相對試樣不發生滑動。采用輔助裝置間接測試三點彎曲試樣的施力點位移時存在以下問題：1.三點彎曲試樣缺口每一側的兩個刀口刃在豎直方向上需對齊，如圖2所示，A1和B1需在一條線上，A2和B2也需在一條線上，這樣才能保證根據相似三角形轉化得到的施力點位移是正確的。2.三點彎曲試樣缺口兩側的刀口在水平方向上需對齊，如圖2所示，A1和A2需在一條水平線上，B1和B2也需在一條水平線上，同理也才能保證根據相似三角形轉化得到的施力點位移是正確的。3.在COD規對刀口施加向缺口兩側的張力時，刀口相對試樣不能發生相對滑動，這樣才能保證在試驗過程中采集的所有數據，經相似三角形轉化的施力點位移是有效的。綜上，1.本專利技術中的雙刀口裝置采用線切割一次成型，保證每一個雙刀口裝置上的兩個刀刃在一條線上；2. 兩個雙刀口裝置采用左右匹配設計，對應尺寸均一樣，而且螺栓定位尺寸也一樣，這樣就可以保證缺口兩側的刀刃在同一條水平線上；3.采用螺栓定位，在螺栓和試樣之間采用墊片大面積接觸受力，可以保證雙刀口裝置和試樣不發生相對滑動。如圖6、12、13所示，一種三點彎曲試樣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置，其特征在于：設有兩組對兩個COD規夾緊的雙刀口裝置（1），兩個COD規（6）呈不同高度設置，左雙刀口裝置（2）和右雙刀口裝置（3）分別設在三點彎曲試樣缺口（4）的兩側，每個雙刀口裝置（1）的兩側的卡臂（101）分別通過螺栓（102）夾設在三點彎曲試樣（5）上，雙刀口裝置（1）的兩個刀口呈上下設置，并設置在三點彎曲試樣（5）上方，在測試前，左雙刀口裝置（2）和右雙刀口裝置（3）的兩個刀口刃在水平方向上對齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個COD規（6），每個雙刀口裝置（1）的兩個刀口刃在豎直方向上對齊。

【技術特征摘要】
1.一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置，其特征在于：設有兩組對兩個COD規夾緊的雙刀口裝置（1），兩個COD規（6）呈不同高度設置，左雙刀口裝置（2）和右雙刀口裝置（3）分別設在三點彎曲試樣缺口（4）的兩側，每個雙刀口裝置（1）的兩側的卡臂（101）分別通過螺栓（102）夾設在三點彎曲試樣（5）上，雙刀口裝置（1）的兩個刀口呈上下設置，并設置在三點彎曲試樣（5）上方，在測試前，左雙刀口裝置（2）和右雙刀口裝置（3）的兩個刀口刃在水平方向上對齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個COD規（6），每個雙刀口裝置（1）的兩個刀口刃在豎直方向上對齊。2.如權利要求1所述的一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置，其特征在于：所述的螺栓（102）和三點彎曲試樣（5）之間設有墊片（7）。3.如權利要求2所述的一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置，其特征在于：所述的螺栓（102）的螺栓頭（1021）為弧面，墊片（7）的中心設有與螺栓頭（1021）相匹配的凹槽（701）。4.如權利要求1所述的一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JI...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭國華，查小琴，馬江南，
申請(專利權)人：中國船舶重工集團公司第七二五研究所，
類型：發明
國別省市：河南;41