[发明专利]一种金属材料平面应力断裂韧度的确定方法

说明书

本申请提供一种金属材料平面应力断裂韧度的确定方法，其特征在于，方法包括：获取加载载荷P和裂纹面张口位移V，并生成(P‑V)曲线；根据所述P‑V曲线的线性段确定金属材料的等效弹性模量Esubgt;eff/subgt;；针对所述P‑V曲线上的每一点，结合等效弹性模量Esubgt;eff/subgt;计算对应的等效裂纹长度asubgt;e/subgt;；根据加载载荷P和等效裂纹长度asubgt;e/subgt;，生成P‑asubgt;e/subgt;曲线，选取所述P‑asubgt;e/subgt;曲线包含极值的曲线片段，通过最小二乘法获取P与asubgt;e/subgt;之间的极值坐标数值模型；根据所述P‑asubgt;e/subgt;曲线的极值坐标数值模型，计算P‑asubgt;e/subgt;曲线的极值坐标(asubgt;e0/subgt;,Psubgt;max/subgt;)；根据asubgt;e0/subgt;，结合试件尺寸特征查阅标准，获取所述金属材料的平面应力断裂韧度Ksubgt;c/subgt;。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种金属材料平面应力断裂韧度的确定方法。

背景技术

平面应力断裂韧性用于描述薄板材料抵抗裂纹扩展的能力，而材料断裂韧性试验可为结构提供抗裂纹扩展特性及剩余强度分析提供判据，以保证在结构可检裂纹尺寸范围内及首次检查期内，绝对不会出现破坏现象。根据中国国家技术监督局、美国机械工程协会等组织颁布的平面应力断裂韧度测量标准，通常采用试验机和引伸计共同获取材料的K_R曲线，进而结合构件的裂纹驱动力曲线确定其与K_R曲线相切时所对应的应力强度因子K值，即为构件的平面应力断裂韧度。

在切点确定方面，常规试验处理分为两种做法，一种是获得K_R曲线的拟合解，进而根据用裂纹长度表述的已知K表达式，求解非线性方程组确定公共切点；另外一种是根据平面应力断裂韧度定义，通过图像试凑法(不断改变载荷值，直至驱动力曲线与K_R曲线相切)获取其公共切点。

然而，第一种非线性方程组数值求解必不可少，工程应用起来较为繁琐；第二种编程及画图的人工工作量大，计算精度低。

发明内容

本申请提出一种金属材料平面应力断裂韧度的确定方法，能够实现金属材料平面应力断裂韧度K_C的精确估算。

本申请提出的一种金属材料平面应力断裂韧度的确定方法包括：

获取加载载荷P和裂纹面张口位移V，并生成(P-V)曲线；

根据P-V曲线的线性段确定金属材料的等效弹性模量E_eff；

针对P-V曲线上的每一点，结合等效弹性模量E_eff计算对应的等效裂纹长度a_e；

根据加载载荷P和等效裂纹长度a_e，生成P-a_e曲线，选取P-a_e曲线包含极值的曲线片段，通过最小二乘法获取P与a_e之间的极值坐标数值模型；

根据P-a_e曲线的极值坐标数值模型，计算P-a_e曲线的极值坐标(a_e0,P_max)；

根据a_e0，结合试件尺寸特征查阅标准，获取金属材料的平面应力断裂韧度K_c。

可选的，根据a_e0，结合试件尺寸特征查阅标准，获取金属材料的平面应力断裂韧度K_c，具体包括：

根据a_e0和试验件宽度W，结合公式α＝a_e0/W，计算裂纹长度a；