第7期 蔡力勋等：用于延性断裂韧性测试的载荷分离方法与应用 ·871 4.1载荷分离假设验证 图4示出了分离参数S,随塑性张开位移V的 4/W=0.80 变化曲线。由图可见，除去塑性变形初期阶段，对应 00c0000000000000000c000c000 oa/W-0.65 aa/W-0.70 于不同裂纹长度钝裂纹试样的分离参数S均随V, △a/W=0.75 的增加保持恒定.图4仅给出了以a,/W=0.8的钝 qa./r=0.80 △A△MAA△△△△△△△△△△△△△△△△△ 裂纹试样为参考的情形.试验结果表明，以其余三 个钝裂纹试样为参考得到的分离参数S,均表现出 类似特点.因此，除去塑性变形初期的小范围区域， 本文所用材料和试样满足载荷分离假设. V/mm 4.2规则化法 首先根据式(9)对载荷P进行规则化处理，结 图4S,-V曲线（原始Sm法） 果如图5所示.由于尖裂纹试样裂尖局部产生一定 Fig.4 Sp curves obtained by the original Sp,method 塑性变形且载荷达到最大值后，试验载荷因裂纹扩 结果.从图6中还可以看到，在较小裂纹扩展范围 展随裂纹张开位移的增大而降低.式(9)中采用了 内，由ASTM系列标准推荐钝化线方程处理得到的 经钝化修正的初始裂纹长度对载荷进行规则化处 J阻力曲线明显低于由GB/T21143一2007标准推 理，因此在载荷P开始下降后规则化载荷P、也随裂 荐钝化线方程处理得到的结果.作钝化线的0.2mm 纹张开位移的增大而降低.去掉最大载荷P至试 偏置线，得到对应于ASTM系列标准推荐钝化线方 验终止点之间的规则化数据，并从裂纹终止点引切 程的J。值为408.7 MPa*mm,对应于GB/T21143一 线，由式(11)对规则化处理后的有效数据进行拟 2007标准推荐钝化线方程的J。值为390.8MPa· 合，从图5结果可以看到拟合精度良好 mm,二者相差约18 MPa*mm,且后者所得的J。值偏 80 于保守 一尖裂纹 口钝裂纹，6，W=0.65 0纯裂纹，，/W=0.7△钝裂纹，a,W=0.75 +纯裂纹，，/W=0.8 600F 60L 0000000000300000000000 500 40 400 30 2 ■裂纹终止点 一规则化处理 300 +拟合结果 Q迭代结果 2 3 d V/mm 200 0.03 0.06 图3载荷(P)-加载线张开位移()曲线 V./W Fig.3 Curves of load P versus load-ine crack opening displacement 图5规则化处理结果 Fig.5 Results of normalization treatment 值得注意的是，式(10)中的钝化修正采用了 ASTM系列标准ASTM E813-89、ASTM E182099~ 4.3S分离参数法及改进 08a和国标早期版本GB203891所推荐的钝化线 Wainstain等-和Salazar等在应用S%法时 方程J=2y△a,而英国BS7448标准、IS0标准 仅选用了一个钝裂纹试样对尖裂纹试样进行标定， IS012135-2005以及国标最新版本GB/T21143一 未能详细探讨参考钝裂纹试样的影响.根据式(12) 2007所推荐的钝化线方程为J=3.75σ△a.若采用 得到对应于不同参考钝裂纹试样的S%-V,曲线示于 不同的钝化线方程进行钝化修正，势必对J阻力曲 图7.可以看到，四条S%-V曲线均符合图1所描述 线结果产生影响.图6给出了分别采用两种钝化线 的特征，但是由不同参考钝裂纹试样得到的分离参 方程进行规则化处理后得到的J阻力曲线结果.由 数%开始下降所对应的张开位移V差异较大.如 图可见，裂纹扩展初期的J阻力曲线同所采用的钝 表1所示，分离参数S%开始下降对应的V值的最大 化线方程完全符合，也就是说，采用何种钝化线方程 差值己接近0.4mm.由此预测的尖裂纹试样瞬时裂 进行钝化修正便决定了裂纹扩展初期的J阻力曲线 纹长度必然差异较大，结果如图8所示.由图8可第 7 期 蔡力勋等: 用于延性断裂韧性测试的载荷分离方法与应用 4. 1 载荷分离假设验证 图 4 示出了分离参数 Sij随塑性张开位移 VP的 变化曲线． 由图可见，除去塑性变形初期阶段，对应 于不同裂纹长度钝裂纹试样的分离参数 Sij均随 VP 的增加保持恒定． 图 4 仅给出了以 aj /W = 0. 8 的钝 裂纹试样为参考的情形． 试验结果表明，以其余三 个钝裂纹试样为参考得到的分离参数 Sij均表现出 类似特点． 因此，除去塑性变形初期的小范围区域， 本文所用材料和试样满足载荷分离假设． 4. 2 规则化法 首先根据式( 9) 对载荷 P 进行规则化处理，结 果如图 5 所示． 由于尖裂纹试样裂尖局部产生一定 塑性变形且载荷达到最大值后，试验载荷因裂纹扩 展随裂纹张开位移的增大而降低． 式( 9) 中采用了 经钝化修正的初始裂纹长度对载荷进行规则化处 理，因此在载荷 P 开始下降后规则化载荷 PN也随裂 纹张开位移的增大而降低． 去掉最大载荷 Pmax至试 验终止点之间的规则化数据，并从裂纹终止点引切 线，由式( 11) 对规则化处理后的有效数据进行拟 合，从图 5 结果可以看到拟合精度良好． 图 3 载荷( P) --加载线张开位移( V) 曲线 Fig． 3 Curves of load P versus load-line crack opening displacement V 值得注意的是，式( 10) 中的钝化修正采用了 ASTM 系列标准 ASTM E813--89、ASTM E1820--99 ～ 08a 和国标早期版本 GB 2038—91 所推荐的钝化线 方程 J = 2σYΔa，而 英 国 BS7448 标 准、ISO 标 准 ISO12135--2005 以及国标最新版本 GB /T 21143— 2007 所推荐的钝化线方程为 J = 3. 75σbΔa． 若采用 不同的钝化线方程进行钝化修正，势必对 J 阻力曲 线结果产生影响． 图 6 给出了分别采用两种钝化线 方程进行规则化处理后得到的 J 阻力曲线结果． 由 图可见，裂纹扩展初期的 J 阻力曲线同所采用的钝 化线方程完全符合，也就是说，采用何种钝化线方程 进行钝化修正便决定了裂纹扩展初期的 J 阻力曲线 图 4 Sij--VP曲线( 原始 SPb法) Fig． 4 Sij-VP curves obtained by the original SPb method 结果． 从图 6 中还可以看到，在较小裂纹扩展范围 内，由 ASTM 系列标准推荐钝化线方程处理得到的 J 阻力曲线明显低于由 GB /T 21143—2007 标准推 荐钝化线方程处理得到的结果． 作钝化线的0. 2 mm 偏置线，得到对应于 ASTM 系列标准推荐钝化线方 程的 JQ 值为 408. 7 MPa·mm，对应于 GB /T 21143— 2007 标准推荐钝化线方程的 JQ 值为 390. 8 MPa· mm，二者相差约 18 MPa·mm，且后者所得的 JQ 值偏 于保守． 图 5 规则化处理结果 Fig． 5 Results of normalization treatment 4. 3 SPb分离参数法及改进 Wainstain 等［2--3］和 Salazar 等［4］在应用 SPb法时 仅选用了一个钝裂纹试样对尖裂纹试样进行标定， 未能详细探讨参考钝裂纹试样的影响． 根据式( 12) 得到对应于不同参考钝裂纹试样的 SPb--VP曲线示于 图 7． 可以看到，四条 SPb--VP曲线均符合图 1 所描述 的特征，但是由不同参考钝裂纹试样得到的分离参 数 SPb开始下降所对应的张开位移 V 差异较大． 如 表 1 所示，分离参数 SPb开始下降对应的 V 值的最大 差值已接近0. 4 mm． 由此预测的尖裂纹试样瞬时裂 纹长度必然差异较大，结果如图 8 所示． 由图 8 可 ·871·