塑料 I型平面應(yīng)變止裂韌度的測(cè)定 征求意見稿

1塑料I型平面應(yīng)變止裂韌度的測(cè)定本文件規(guī)定了一種測(cè)定聚合物材料平面應(yīng)變止裂韌度(KIa)的方法，使用裂紋線楔塊加載帶側(cè)槽的緊湊拉伸試樣的方法來(lái)進(jìn)行，以獲得具有滿意裂紋前緣的平拉分離快GB/T44535塑料試樣線性尺寸的測(cè)定（GB/T44535-2024，ISO16012：2015，M23.3平面應(yīng)變裂紋止裂韌度（KIa）pl啟裂時(shí)名義應(yīng)力強(qiáng)度因子（K0）的計(jì)算基于初始缺口長(zhǎng)度與啟裂應(yīng)力強(qiáng)度因子（Ka）的計(jì)算則基于止裂后的裂紋長(zhǎng)度、啟裂前及止裂后短時(shí)間內(nèi)該步驟涉及對(duì)通過(guò)機(jī)械加工開缺口的改進(jìn)型緊湊試樣進(jìn)行測(cè)試。為最大限度減少裂紋擴(kuò)展-止裂過(guò)典型的加載裝置如圖1所示。試樣置于支撐塊上，支撐塊厚度應(yīng)足夠以確保測(cè)試過(guò)程中楔形件與試32分離銷或襯套3試樣4墊塊a)立體視圖，b)標(biāo)準(zhǔn)布置和c)支撐塊和試樣之間存在高摩擦?xí)r的配置。注：所給出的尺寸適合于直徑為25mm的加載孔，255.3位移計(jì)443計(jì)安裝方式不會(huì)因裂紋跳躍而改變接觸狀態(tài)。圖3展示了已驗(yàn)證有效的安裝方法：通過(guò)松緊帶將位移計(jì)固定于試樣，可選擇平底接觸式或刀口滑入試樣V型槽43更推薦采用V型槽配合松緊帶帶固定位移計(jì)，因?yàn)榇朔椒芴峁└玫奈灰朴?jì)固定穩(wěn)定性，并確保5.4尺寸測(cè)量工具6.1概述緊湊型裂紋止裂試樣的形狀如圖4所示。該試樣為雙懸臂型平板結(jié)構(gòu)，沿含初始缺口的平面加工有側(cè)槽。側(cè)槽有助于在裂紋前沿形成平面應(yīng)變條件，并確5性分析。8.2中給出了允許的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度。對(duì)于用這種試驗(yàn)方法將實(shí)驗(yàn)結(jié)果稱為平面應(yīng)度B應(yīng)滿足8.2中所述的要求，應(yīng)使用每側(cè)深度為B/8的側(cè)槽，試樣寬度W應(yīng)在2B≤W≤10B范圍內(nèi)。其他重樣的屈服強(qiáng)度、Ka值以及實(shí)現(xiàn)適當(dāng)裂紋快速擴(kuò)展-止裂事件所需的K0。此外，試樣面內(nèi)尺寸應(yīng)足夠大以適用本測(cè)試方法采用的線彈性分析。8.2節(jié)根據(jù)允許的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度給出了具體要求。若要通過(guò)本測(cè)試D加載孔R(shí)側(cè)槽缺口半徑a0初始裂紋（或缺口）長(zhǎng)度0.125W±0.005W≤D≤0.250W±0注：對(duì)于更脆的聚合物，可能不需要最后的剃刀切口和a0=am。6.3初始缺口），裂裂紋。具體方法如圖5所示：在最終剃刀缺口附近鉆孔，插入銅管循環(huán)液氮。此技術(shù)可使剃刀缺口有6效引發(fā)脆性裂紋萌生。建議在缺口尖端前方約10mm的側(cè)槽附近安裝熱電偶，用于加載前監(jiān)測(cè)裂紋尖端溫度。鉆孔深度為0.25倍試樣厚度（0.251凹口尖端冷卻孔2剃刀槽7.3載荷將楔形加載系統(tǒng)及試樣組件安裝到能夠以恒定速率施加載荷的試驗(yàn)機(jī)上。按5.2所述方法，通過(guò)適應(yīng)控制在2mm/min至25mm/mi現(xiàn)象判斷。事件發(fā)生后應(yīng)卸除楔形載荷以避免裂紋進(jìn)7裂。此類情況下，試樣通常不會(huì)呈現(xiàn)快速擴(kuò)展-止裂斷裂行為。若出現(xiàn)此現(xiàn)象，建議終止試驗(yàn)，并使用注1：雖然預(yù)期起始缺口的a0值通常在0.30W≤a0≤0.40W之間，但必要時(shí)可采用低至0.20的值。較低的a0/W值會(huì)加注2：當(dāng)采用缺口尖端冷卻方法引發(fā)自止裂裂紋時(shí)，計(jì)算的是試驗(yàn)溫度下的Ka,該方法通過(guò)向楔形件施加載荷直至裂紋快速萌生，因此無(wú)法直接測(cè)量由楔形-分離銷組件施加至試位、載荷傳遞系統(tǒng)及裂紋嘴處的位移計(jì)安裝，這些7.4位移測(cè)量根據(jù)楔塊載荷與裂紋嘴張開位移的關(guān)系圖（見圖6確定與不穩(wěn)定裂紋產(chǎn)生(δ0）和裂紋止裂相對(duì)經(jīng)歷過(guò)裂紋擴(kuò)展-止裂過(guò)程的試樣，其止裂裂紋長(zhǎng)度可通過(guò)以下步驟測(cè)定：首先將試樣完全斷裂為8若無(wú)法清晰辨識(shí)，可采用任何不影響止裂位置測(cè)量的標(biāo)注：建議在測(cè)試報(bào)告中附上斷口表面的照片記錄，尤其是當(dāng)裂紋前沿8.1K和KK=Eδf(φ)(B?BN)0.5/W0.5(Nm?3/2) φ=a?W E——拉伸模量，單位為牛頓每平方米（N/m2a——通過(guò)7.5確定的初始裂紋長(zhǎng)度（a0）或最終止），）；B注：本文本中f(φ)的表達(dá)式是基于曲線擬合的邊值配置結(jié)果和精確極限解[15]。在0.20≤φ≤1范圍內(nèi)，擬合精度在滿足表1所示判據(jù)的情況下，由式(2)計(jì)算的KQa值可視為線彈性平面應(yīng)變止裂韌度值KIa。9表1保證KQa是線彈性平面應(yīng)變止裂韌度值的判據(jù)（A）W-aa≥0.15W（D）aa-a0≥2N注：在以下內(nèi)容中使用了σ，即適當(dāng)加載時(shí)間的正式動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度估計(jì)（GB/T36805.1）。對(duì)于塑料材料而言，σ通常稍大于按照GB/T1040.1標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的靜態(tài)屈服強(qiáng)度σ。與快速擴(kuò)展裂紋尖端附近估了裂紋止裂時(shí)對(duì)塑性流動(dòng)的實(shí)際有效阻力。[7]9精密度在本版文件中未能納入關(guān)于測(cè)量精密度的聲明，但計(jì)劃在獲得相關(guān)信息時(shí)補(bǔ)充此類聲明。10.1試驗(yàn)細(xì)節(jié)試驗(yàn)報(bào)告至少應(yīng)包括以下信息：1）參考的標(biāo)準(zhǔn)（即GB/Txxxx-xxxx2）測(cè)試日期；3）材料類型和試樣的完整性鑒定；4）試樣制備細(xì)節(jié)（模塑、機(jī)械加工和開槽細(xì)節(jié)）；5）機(jī)械性能數(shù)據(jù)[拉伸模量、屈服強(qiáng)度（由GB/T1040.1確定）以及8.2中使用的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度（GB/T36805.1）]；6）切口的類型（剃刀、V形等）和準(zhǔn)備細(xì)節(jié)；7）側(cè)槽寬度N和槽根半徑R；8）缺口尖端冷卻孔的直徑，以及離裂紋載荷線的位置（如果有的話）；9）試樣厚度B,裂紋面厚度BN個(gè)，厚度比BN/B，以及寬度W；10）試樣調(diào)節(jié)細(xì)節(jié)；11）用于將試樣分成兩部分以顯示斷裂表面的方法；12）裂紋長(zhǎng)度的測(cè)量方法；13）機(jī)加工缺口處的裂紋長(zhǎng)度am，以及初始裂紋長(zhǎng)度a0；14）止裂長(zhǎng)度aa(見附錄B)：a）在中等厚度（BN/2），aa2；b）在凈厚度的1/4點(diǎn)處（BN/2±BN/4），aa1和aa2；c）止裂時(shí)的平均裂紋長(zhǎng)度，aa=(aa1+aa2+aa3)/3；15）試驗(yàn)的載荷-位移記錄；16)從載荷-位移記錄中測(cè)量的位移（在不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展開始時(shí)的δ0值，在裂紋停止時(shí)的δa值）Ka)未開裂韌帶長(zhǎng)度與0.15W和1.c)裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度與2N和(K0/σ1,斗斷口表面照片記錄和描述注釋(可選)圖A.1V形缺口：a）初始裂紋長(zhǎng)度a0和b）斷裂表面的示例圖樣中心與側(cè)槽邊緣之間的中間位置，每一側(cè)都是如此(BN/2±BN/4）。進(jìn)一步指出，在每個(gè)測(cè)量位置處，測(cè)量值應(yīng)作為寬度為BN/4的條帶上裂紋前緣位置的可視平為了避免在可能不能準(zhǔn)確表示測(cè)量位置附近的裂紋前緣的局部平均位置的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)1側(cè)槽齒尖2裂紋擴(kuò)展方向a3為1/4凈厚度(BN/2±BN/4C.1所示，但止裂試樣的斷裂表面可能會(huì)因一些特征而變得復(fù)雜，當(dāng)這些特征出現(xiàn)過(guò)多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致對(duì)聚C.2）。在不影響測(cè)試結(jié)果的情況下，這些行為中的一種或多種可以發(fā)生的程度目前還不容易量化，因試樣編號(hào)止裂韌度（MN·m-3/2）A國(guó)國(guó)家B-1國(guó)家B-212345A國(guó)和B國(guó)分別使用了機(jī)械位移計(jì)和非接觸式光學(xué)位移計(jì)。B-1和B-2是來(lái)自同一國(guó)家的結(jié)果，在楔ASTMSpec.Tech.Publ.,711,1980,G.T.HahnandM.F.Kanninen,eds3)KobayashiT.,&DallyJ.W.RelationPubl.,627,1977,G.T.HahnandM.F.Kanninen,eds.,pp.257-273.inDifferentCrackArrestSpecimen,CrackArrestMethodologyandApplications.ASTMSpec.Tech.Publ.,711,1980,G.T.Hahna5)CrosleyP.B.,FourneyW.L.,HahnG.T.,HoaglandR.G.,IrwinNUREG.CR-3261.UniversityofMaryland,CollegePark,MD,April1983.6)BarkerD.B.,ChonaR.ConductedtoEvaluatetheProposedASTMTestMethodforDeterminingtUniversityofMaryland,ColEngineeringMaterialsTechnology,Vol106,1984,pp.207-208.8)KanninenM.F.,&PopelarC.H.AdvancedFractureMechanics.OxfordUniversityPress,andTSE-6,NUREG/CR-4210)RollandL.SurfaceEmbrittlementofPolymer11)KobayashiA.S.,&MallS.RapidCrackPropaNumericalStudyonFastCrackPropagationandCrackArrest,FastFractureArrest-.ASTMSpec.Techpp.39-58.CrackArrestToughness,KIa,ofFerritic14)BroutmanL.J.,&ChoiS-W.SurfaceEmbrittlemenAnnualReport.GasResearchInstitTesto