示波冲击试验机介绍课件.ppt
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- 冲击 试验 介绍 课件
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1、一、设备主要特点一、设备主要特点 该设备采用世界领先的示波冲击分析技术,通该设备采用世界领先的示波冲击分析技术,通过特有的角度传感器和安装在锤头上的力值传感器,过特有的角度传感器和安装在锤头上的力值传感器,在锤头冲击试样的瞬间高频采样,将整个冲击动态在锤头冲击试样的瞬间高频采样,将整个冲击动态过程记录下来,并计算冲击速度、挠曲度及冲击能过程记录下来,并计算冲击速度、挠曲度及冲击能量,从而得出材料的特征冲击曲线,更深入、细致量,从而得出材料的特征冲击曲线,更深入、细致的分析材料的冲击力学性能的分析材料的冲击力学性能以进一步了解材料的特以进一步了解材料的特性,判断材料的应用范围,因而被广泛的应用在
2、建性,判断材料的应用范围,因而被广泛的应用在建筑、桥梁、船舶、航天、汽车等科研领域。筑、桥梁、船舶、航天、汽车等科研领域。 建筑建筑桥梁桥梁舰船舰船航天航天 该设备配有两个摆锤,打击能量分别为该设备配有两个摆锤,打击能量分别为750J(配有示波冲击刃口)和(配有示波冲击刃口)和300J(配有(配有冲击拉伸刃口)。摆锤和冲击刃口都可以更冲击拉伸刃口)。摆锤和冲击刃口都可以更换,以满足不同标准的测试要求。冲击速度换,以满足不同标准的测试要求。冲击速度为为5.42m/s。主机上配有模拟表盘,可以直。主机上配有模拟表盘,可以直接显示打击能量和角度,可无需接显示打击能量和角度,可无需PC,单机,单机独立
3、操作。带全封闭安全保护罩,电子门锁独立操作。带全封闭安全保护罩,电子门锁控制,门未关闭时,摆锤自动锁紧。具有关控制,门未关闭时,摆锤自动锁紧。具有关门启动摆锤释放功能,测试时间门启动摆锤释放功能,测试时间5S。图图1 PSW750仪器化冲击试验机仪器化冲击试验机 二、冲击力二、冲击力位移曲线位移曲线 图图2是典型的冲击力是典型的冲击力位移曲线示意图。此图给位移曲线示意图。此图给出了三组冲击特征值参数:出了三组冲击特征值参数: (1)力特征值:屈服力力特征值:屈服力Fgy、最大力、最大力Fm、裂纹启、裂纹启裂力裂力Fiu、裂纹止裂力、裂纹止裂力Fa。 (2)位移特征值:屈服位移位移特征值:屈服位
4、移Sgy、最大力位移、最大力位移Sm、裂纹启裂位移裂纹启裂位移Siu、裂纹止裂位移、裂纹止裂位移Sa、总位移、总位移St。 (3)能量特征值:最大力能量能量特征值:最大力能量Wm、裂纹启裂能、裂纹启裂能量量Wiu 、裂纹止裂能量、裂纹止裂能量Wa和总能量和总能量Wt 、裂纹形成、裂纹形成能量能量Wi(由两部分组成:弹性变形能量(由两部分组成:弹性变形能量We和塑性和塑性变形能量变形能量Wd)、裂纹扩展能量)、裂纹扩展能量Wp(也由两部分组(也由两部分组成:裂纹稳定扩展能量成:裂纹稳定扩展能量Wp1和裂纹不稳定扩展能量和裂纹不稳定扩展能量Wp2)。)。60391512F,KN184 26s,mm
5、8FaFiuFgyFm101214WdWWW图2 示波冲击分析曲线SS三、冲击试验的宏观断口三、冲击试验的宏观断口 在冲击力的作用下,试样的断裂过程与静拉在冲击力的作用下,试样的断裂过程与静拉伸一样,仍然表现为弹性变性、塑性变形和断裂,伸一样,仍然表现为弹性变性、塑性变形和断裂,其不同在于变形速度。由于缺口的存在,塑性变形其不同在于变形速度。由于缺口的存在,塑性变形只发生于缺口的局部范围,而且缺口越尖锐,参与只发生于缺口的局部范围,而且缺口越尖锐,参与塑性变形的材料体积越小,得到的冲击功越低。塑性变形的材料体积越小,得到的冲击功越低。 图图3为典型冲击试样断口的宏观形态,一般分为典型冲击试样断
6、口的宏观形态,一般分为为3个区域:个区域: 缺口裂纹源脚跟形纤维区放射区二次纤维区剪切唇区图3 冲击断口形貌1、纤维区、纤维区 曲线上曲线上Fgy之前为弹性阶段,从之前为弹性阶段,从Fgy开始,试样开始,试样进入塑性变形和形变强化阶段。当载荷达到进入塑性变形和形变强化阶段。当载荷达到Fmax时,塑性变形已贯穿整个缺口截面,缺口根部开时,塑性变形已贯穿整个缺口截面,缺口根部开始横向收缩,横截面积减小,试样承载能力降低,始横向收缩,横截面积减小,试样承载能力降低,载荷下降。在载荷下降。在Fmax附近试样内部萌生裂纹,由于附近试样内部萌生裂纹,由于缺口根部为三向应力状态,因此裂纹萌生于距缺缺口根部为
7、三向应力状态,因此裂纹萌生于距缺口一定距离的试样内部。裂纹形成以后,向两侧口一定距离的试样内部。裂纹形成以后,向两侧宽度方向和前方深度方向扩展,在裂纹扩展过程宽度方向和前方深度方向扩展,在裂纹扩展过程中,载荷继续下降,载荷达中,载荷继续下降,载荷达Fiu时,裂纹已扩展到时,裂纹已扩展到缺口根部的整个宽度,中间部分较深,形成缺口缺口根部的整个宽度,中间部分较深,形成缺口前方的脚跟形的纤维区。前方的脚跟形的纤维区。 2、放射区、放射区 当纤维区的裂纹尺寸增大到临界尺寸,裂纹当纤维区的裂纹尺寸增大到临界尺寸,裂纹在在Fiu点开始快速失稳扩展,形成放射区,其断口点开始快速失稳扩展,形成放射区,其断口形
8、貌为以纤维区为中心呈放射状,与此对应的载形貌为以纤维区为中心呈放射状,与此对应的载荷陡降到荷陡降到Fa。3、剪切唇区、剪切唇区 此时裂纹前沿已进入试样的压应力区,尚未断此时裂纹前沿已进入试样的压应力区,尚未断裂的截面积已比较小,与两侧一样已处在平面应裂的截面积已比较小,与两侧一样已处在平面应力状态下,变形比较自由,形成二次纤维区和剪力状态下,变形比较自由,形成二次纤维区和剪切唇,相应的载荷由切唇,相应的载荷由Fa降到零。其断口特征为表降到零。其断口特征为表面光滑,与拉应力约成面光滑,与拉应力约成45。四、冲击力四、冲击力位移曲线与宏观断口的关系位移曲线与宏观断口的关系 裂纹萌生与缺口处一定范围
9、的弹、塑性变形有关。裂纹萌生与缺口处一定范围的弹、塑性变形有关。此前消耗的能量,代表裂纹萌生所消耗的能量,称为此前消耗的能量,代表裂纹萌生所消耗的能量,称为裂纹形成能量,以裂纹形成能量,以Wi表示。裂纹形成能量是缺口处表示。裂纹形成能量是缺口处弹性变形和塑性变形消耗能量的总和,即:弹性变形和塑性变形消耗能量的总和,即: Wi=We+Wd 在失稳之前消耗的能量称为裂纹稳定扩展能量在失稳之前消耗的能量称为裂纹稳定扩展能量Wp1,使断口形成脚跟形的纤维区。力从,使断口形成脚跟形的纤维区。力从Fiu降至降至Fa是是裂纹达到临界尺寸后作快速低能量撕裂的结果,最后裂纹达到临界尺寸后作快速低能量撕裂的结果,
10、最后形成了断口的放射区。裂纹不稳定扩展能量形成了断口的放射区。裂纹不稳定扩展能量Wp2用于用于断口剪切唇及二次纤维区的形成。于是有:断口剪切唇及二次纤维区的形成。于是有: Wp=Wp1+Wp2冲击总功为:冲击总功为: Wt= We+Wd+ Wp1+Wp2五、五、 PSW750仪器化冲击试验机在国内各钢仪器化冲击试验机在国内各钢 铁公司的应用铁公司的应用1、评价材料韧性的好坏、评价材料韧性的好坏 对不同的金属材料,其冲击吸收功可以相同,对不同的金属材料,其冲击吸收功可以相同,但他们的裂纹形成功和裂纹扩展功却可能相差很大。但他们的裂纹形成功和裂纹扩展功却可能相差很大。若裂纹形成功所占比例很大,则表
11、明材料断裂前塑若裂纹形成功所占比例很大,则表明材料断裂前塑性变形小,裂纹一旦形成就立即扩展直到断裂,裂性变形小,裂纹一旦形成就立即扩展直到断裂,裂纹必然是呈放射状甚至结晶状的脆性断口。反之,纹必然是呈放射状甚至结晶状的脆性断口。反之,若裂纹扩展功所占比例很大,则断口是以呈纤维状若裂纹扩展功所占比例很大,则断口是以呈纤维状为主的韧性断口。由此可见,冲击吸收功的大小并为主的韧性断口。由此可见,冲击吸收功的大小并不能直接反映材料韧或脆的性质,材料韧性的好坏不能直接反映材料韧或脆的性质,材料韧性的好坏主要取决于裂纹扩展功主要取决于裂纹扩展功Wp的大小。的大小。%100)/(0AACAC%100/ )(
12、00AAAFAC2、进行断口纤维率的定量计算进行断口纤维率的定量计算 在在“GB12778-1991”金属夏比冲击断口测定金属夏比冲击断口测定方法中给出了冲击试样断口结晶率或纤维率公式方法中给出了冲击试样断口结晶率或纤维率公式: 式中:式中:Ac断口中晶状区(放射区)的总面积断口中晶状区(放射区)的总面积 A0原始横截面积原始横截面积 CA断口结晶率断口结晶率 FA断口纤维率断口纤维率 该种方法完全依赖于试验者主观经验和客观试验条件,该种方法完全依赖于试验者主观经验和客观试验条件,有很大的局限性。有很大的局限性。ISO14556在附录中提供了一套基于特征力在附录中提供了一套基于特征力值估算断口
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