第7期 包陈等：直通型CT试样COD弹塑性换算 ·867 塑性状态，而包含裂纹嘴端面和加载线附近的大部 V。与加载线位移V的考虑转动修正的转换式 分区域仍然处于弹性状态，因此试样裂尖局部的塑 (2)基于弹塑性有限元分析，验证了直通型CT 性行为对V。-V的线性关系影响甚微.由于所用 试样刚性转动假设的合理性，提出了转动半径R的 MTSC0D引伸计的满量程为4mm,试样在加载过程 统一表达式，且转动半径R基本不受材料本构关系 中产生的转动角并不大，由式(6)得到的Vu/W。值 的影响，仅与a/W有关. 随转动角的变化基本保持恒定. (3)采用Cr2Ni2MoV钢对直通型CT试样的 Vu/W。弹塑性换算公式进行了有效验证 (4)当a/W较小时，弹塑性转动效应较显著，随 着a/W趋于1，弹塑性转动效应逐渐消失. 参考文献 a/W-=0.652 Liu T,Gao Y F,Li Y,et al.GB/T 21143-2007 Metallic Mate- --dW=0.750 rials:Unified Method of Test for Determination of Quasistatic Frac- ture Toughness.Beijing:China Standards Press,2008 4 (刘涛，高怡斐，李颖，等.GB/T21143一2007金属材料准静 V/mm 态断裂韧度的统一试验方法.北京：中国标准出版社，2008) 图山V。-Vu试验曲线 2] ISO 12135-2002 (E)International Standard of Unified Method of Fig.11 Experimental Vo-Vu.curves Test for the Determination of Quasistatic Fracture Toughness.Switz- erland:Intemational Organization for Standardization,2002 表1给出了Cr2Ni2MoV钢直通型CT试样不同 [B] ASTM International.ASTM E1820-08a Standard Test Methods for a/W下的Vu/W。值.可见，随着a/W的增加，式(6) Measurement of Fracture Toughness.Philadelphia:American Soci- ety for Testing and Materials,2008 和式(12)所得结果与试验值之间的误差均逐渐降 [4 Cai L X,Bao C,Jin L.Compliance testing technology used for 低.同时，式(6)得到的Vu/W。值比式(12)所得的 fracture properties of metallic materials:problems and develop- 结果更加接近试验值.例如，当a/W=0.652时，式 ment.China Meas Test,2009,35(1):9 (12)所得Vu/W。值与试验结果间的相对误差己接 (蔡力勋，包陈，金蕾。金属材料断裂力学柔度测试技术的问 近6%，而式(6)所得结果与试验值间的误差在3% 题与发展.中国测试，2009,35(1)：9) [5]Jin L,Cai L X,Bao C.Study on crack open displacement trans- 以内.随着a/W的增加，二者之间的误差越来越 form formulas based on testing of material fracture toughness.I 小.因此，式(6)用于直通型CT试样的V。-Vu换算 Mech Strength,2010,32(1):116 比式(12)具有更好的精度 (金蕾，蔡力勋，包陈.基于材料断裂韧度测试的COD换算方 法研究.机械强度，2010,32(1)：116) 表1直通型CT试样的Vu/W。结果 [6]Jin L.Research on Fracture Mechanies Compliance Test Method of Table 1 Vu /Vo values of straight-notched CT specimens Metallic Materials Based on Numerical Analysis [Dissertation]. Vu/Vo Chengdu:Southwest Jiaotong University,2009:32 a/W 试验 式(12) 式(6) (金蕾.基于数值分析的金属材料断裂力学柔度测试方法研 究[学位论文].成都：西南交通大学，2009：32) 0.652 0.7694 0.7257 0.7481 ] Wang Y P,Zhang X H,Xiao Y G.GB/T 2358-1994 Test Meth- 0.750 0.7923 0.7540 0.7715 od for Crack-Tip Opening Displacement Measurement of Metallic 0.800 0.7904 0.7660 0.7760 Materials.Beijing:China Standard Press,1994:1 0.850 0.7978 0.7753 0.7840 (王印培，章小浒，肖有谷.GB/T2358一1994金属材料裂纹 尖端张开位移试验方法.北京：中国标准出版社，1994：1) 8] ASTM International.ASTM E1290-07 Standard Test Methods for 5 结论 Crack-Tip Opening Displacement (CTOD)Fracture Toughness Measurement.Philadelphia:American Society for Testing and Ma- (1)提出了直通型CT试样的裂纹嘴张开位移 terials,2007第 7 期 包 陈等: 直通型 CT 试样 COD 弹塑性换算 塑性状态，而包含裂纹嘴端面和加载线附近的大部 分区域仍然处于弹性状态，因此试样裂尖局部的塑 性行为对 V0 --VLL的线性关系影响甚微． 由于所用 MTS COD 引伸计的满量程为4 mm，试样在加载过程 中产生的转动角并不大，由式( 6) 得到的 VLL /V0 值 随转动角的变化基本保持恒定． 图 11 V0 --VLL试验曲线 Fig． 11 Experimental V0 --VLL curves 表 1 给出了 Cr2Ni2MoV 钢直通型 CT 试样不同 a /W 下的 VLL /V0 值． 可见，随着 a /W 的增加，式( 6) 和式( 12) 所得结果与试验值之间的误差均逐渐降 低． 同时，式( 6) 得到的 VLL /V0 值比式( 12) 所得的 结果更加接近试验值． 例如，当 a /W = 0. 652 时，式 ( 12) 所得 VLL /V0 值与试验结果间的相对误差已接 近 6% ，而式( 6) 所得结果与试验值间的误差在 3% 以内． 随着 a /W 的增加，二者之间的误差越来越 小． 因此，式( 6) 用于直通型 CT 试样的 V0 --VLL换算 比式( 12) 具有更好的精度． 表 1 直通型 CT 试样的 VLL /V0 结果 Table 1 VLL /V0 values of straight-notched CT specimens a /W VLL /V0 试验 式( 12) 式( 6) 0. 652 0. 769 4 0. 725 7 0. 748 1 0. 750 0. 792 3 0. 754 0 0. 771 5 0. 800 0. 790 4 0. 766 0 0. 776 0 0. 850 0. 797 8 0. 775 3 0. 784 0 5 结论 ( 1) 提出了直通型 CT 试样的裂纹嘴张开位移 V0 与加载线位移 VLL的考虑转动修正的转换式． ( 2) 基于弹塑性有限元分析，验证了直通型 CT 试样刚性转动假设的合理性，提出了转动半径 R 的 统一表达式，且转动半径 R 基本不受材料本构关系 的影响，仅与 a /W 有关． ( 3) 采 用 Cr2Ni2MoV 钢 对 直 通 型 CT 试 样 的 VLL /V0 弹塑性换算公式进行了有效验证． ( 4) 当 a /W 较小时，弹塑性转动效应较显著，随 着 a /W 趋于 1，弹塑性转动效应逐渐消失． 参 考 文 献 ［1］ Liu T，Gao Y F，Li Y，et al． GB /T 21143—2007 Metallic Mate￾rials: Unified Method of Test for Determination of Quasistatic Frac￾ture Toughness． Beijing: China Standards Press，2008 ( 刘涛，高怡斐，李颖，等． GB /T 21143—2007 金属材料准静 态断裂韧度的统一试验方法． 北京: 中国标准出版社，2008) ［2］ ISO 12135-2002( E) International Standard of Unified Method of Test for the Determination of Quasistatic Fracture Toughness． Switz￾erland: International Organization for Standardization，2002 ［3］ ASTM International． ASTM E1820-08a Standard Test Methods for Measurement of Fracture Toughness． Philadelphia: American Soci￾ety for Testing and Materials，2008 ［4］ Cai L X，Bao C，Jin L． Compliance testing technology used for fracture properties of metallic materials: problems and develop￾ment． China Meas Test，2009，35( 1) : 9 ( 蔡力勋，包陈，金蕾． 金属材料断裂力学柔度测试技术的问 题与发展． 中国测试，2009，35( 1) : 9) ［5］ Jin L，Cai L X，Bao C． Study on crack open displacement trans￾form formulas based on testing of material fracture toughness． J Mech Strength，2010，32( 1) : 116 ( 金蕾，蔡力勋，包陈． 基于材料断裂韧度测试的 COD 换算方 法研究． 机械强度，2010，32( 1) : 116) ［6］ Jin L． Research on Fracture Mechanics Compliance Test Method of Metallic Materials Based on Numerical Analysis ［Dissertation］． Chengdu: Southwest Jiaotong University，2009: 32 ( 金蕾． 基于数值分析的金属材料断裂力学柔度测试方法研 究［学位论文］． 成都: 西南交通大学，2009: 32) ［7］ Wang Y P，Zhang X H，Xiao Y G． GB /T 2358—1994 Test Meth￾od for Crack-Tip Opening Displacement Measurement of Metallic Materials． Beijing: China Standard Press，1994: 1 ( 王印培，章小浒，肖有谷． GB /T 2358—1994 金属材料裂纹 尖端张开位移试验方法． 北京: 中国标准出版社，1994: 1) ［8］ ASTM International． ASTM E1290-07 Standard Test Methods for Crack-Tip Opening Displacement ( CTOD ) Fracture Toughness Measurement． Philadelphia: American Society for Testing and Ma￾terials，2007 ·867·