CTOD试验

名称：CTOD试验

内容简介：

CTOD （Crack Tip Opening Displacement裂纹尖端张开位移）试验是一种评价材料和焊接接头抗断裂性能的有效方法.

1965年Wells(威尔斯)在大量实验的基础上。提出裂纹尖端张开位移(CTOD)理论。实验与分析表明，裂纹体受载后，裂纹尖端附近存在的塑性区将导致裂纹尖端的表面张开，这个张开量就称为裂纹尖端的张开位移，通常用δ来表示。

Wells认为：当裂纹尖端的张开位移δ达到材料的临界值δc时。裂纹即发生失稳扩展。裂纹尖端张开位移是弹塑性断裂力学中的一个重要参量。

通过计算裂纹尖端附近的张开位移，利用位移外推插值法得到裂纹尖端的应力强度因子的结果。工业发达国家已在制造业中广泛应用CTOD试验作为焊接接头的评定方法；

尤其对板厚超过50毫米的焊接接头，按规范必须做CTOD试验，以评价焊接接头抗开裂性能的优劣，近年来国内也呈现了这一趋势。

Dugdale和Barenblatt分别通过对中心裂纹薄板拉伸的实验研究。提出了裂纹尖端塑性区呈现尖劈带状特征的假设(简称D-B模型)。

D-B模型假设：裂纹尖端区域的塑性区沿裂纹线两边延伸呈尖劈带状．塑性区的材料为理想塑性状态。

整个裂纹和塑性区周围仍为广大的弹性区所包围，如果取消塑性区，塑性区与弹性区交界面上作用有均匀分布的屈服应力σs。σs指向是使塑性区裂纹闭合。

该模型认为，在远场均匀拉应力作用下裂纹长度从2a延伸到2c，屈服尺寸R=c-a，当以带状屈服区尖端C为裂尖时，原裂纹的端点的张开量就是D-B带状模型下的裂纹尖端张开位移。

必须注意，D-B带状模型分析的适用条件：

（1）针对平面应力情况下的无限大平板中心有贯穿裂纹的问题进行研究。

（2）引入了弹性假设，使计算分析比较简单，一般适用于σ/σs≤0.6的情况。

（3）假设塑性区材料为理想塑形（无硬化），区域为带状（条状）（非鱼尾状）。

断裂力学史思以评定金属材料抗脆性断裂性能的指标是断裂恝性(度)，主要有Kis5s和Jis三秧s它们各有丕凤的适用范围:而具都可以通过试验加以测定。具奠我国测定是Kic.是按GBLT4161—1984《金属材料平面应变断裂韧度Kic试验方法》的规定进行:测定é c按GB/T 2358—1994《金属材料裂纹尖端张开位移试验方法》的规定讲行，测定Jic按GB/T2038—1991《金属材料延性断裂韧度Jic试验方法》的规定进行。鉴于焊接结构大量采用中、低强度钢、这些材料多数是在弹塑性条件下发生断裂，一般都采用o c这个指标进行评定，这甲摘要介绍oc的CTOD试验方法。

CTOD是裂纹张开位移英文字头的缩写(Crack-tip 0pening Displacement)，一般用é表示，对具有一定裂纹的构件，当载荷逐渐增加，原裂纹尖端张开的位移é逐渐增大。当裂纹张开位移币达到材料一定临界值o c时，裂纹就扩展而破断。就把这个临界值o c作为材料断裂韧性的指标。

按GB/ T2358—1994规定,可以采用带疲劳裂坟的直3点弯曲[SE(B)]加载、拱形三点弯曲[ASE(B)J加载或紧凑拉伸[C(T)]三种不同的试样在室温或低温下进行试验,测得裂纹扩展过程中不同阶段的CTOD值，其中包括oc值。

注:1.机加工缺口应垂直于试样表面，偏差在±2°以内。

2.单试样法宜采用整体刀口。

试样厚度B应优先采用被测材料的原始厚度。试样的原始裂纹长度αo(图中末标出)，必须在0.45W～0.55W范围内。试样的加工缺口应在下图中规定的包迹内，缺口根部半径小于等于0.8mma

试样长度不小于4.5W，宽度与厚度之比W/B在1~4范围内.必须通过疲劳的方法对试样预制疲劳裂纹，其长度应不小于5%a o，且不小于1.3mm。采用多试样法时，至少应准备6个试样，采用单试样法时，以准备3个试样为宜。

试验可采用各种形式的材料试验机，但须满足GB 228要求。

试样与支承辐之间保持滚动接触，支承辗与夹具必须采用高强度钢，其硬度须大子40HRC，以防表面产生压痕。

焊接接头的CTOD试验可参照.JB/T4291—1999《焊接接头裂纹张开位数(CTOD)试验法》的规定进行。在试验的加载过程中，记录载荷Р与引伸计测出的缺口张开位移V的P一V曲线，

为了获得6r和△α的关系曲线(△α为裂纹扩展量，o r为对应该裂纹扩展量的CTOD值)，可以采用多试样法，即用至少6个形状及几何尺寸完全相同的试样，分别加载到不同的裂纹扩展量，用光学方法在断口上测定裂纹长度，然后将测得的百r和△α作图，用解析法得出6r和△α的最佳回归曲线。