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金属材料准静态断裂韧度统一测试方法出版
作者:力学   日期:2015-06-11     点击数:4311  

    由北京钢铁研究总院牵头、西南交通大学主导修改、国家自然科学基金项

目( 11072205 ) 支持修订的《金属材料准静态断裂韧度统一测试方法

GB21143-2014》国家标准(计划编号:20110504-T-605)于2013 7 4 日获

得审定通过,并于2014 12 5 日由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总

局和中国国家标准化管理委员会发布,标准将于2015 9 1 日生效。新标准

作了如下四类重要修订:

    (1) 解决了国际各项延性断裂韧度测试标准(ISO12135ASTM E813

ASTM1820)中沿用了30 多年的单试样卸载柔度法中的转动修正问题,针对CT

试样和SEB 试样,基于功等效原理提出了用于J 积分计算和CTOD 计算的转动

修正公式。

    (2) 提出了适用于CT 试样和SEB 试样的刚性转动半径公式,实现了两种试

CTOD 塑性分量的计算,所更新的方法较同类国际标准更有效。

   (3) 对直通型CT 试样提出了裂纹嘴CMOD 向加载线COD 换算的COD 转换

公式,克服了同类国际标准不能应用直通型CT 试样实现延性断裂韧度测试的困

难,该方法利于实现在高温、腐蚀环境下应用小尺寸CT 试样的材料延性断裂韧

度测试;通过引入塑性因子,实现了在SEB 试样裂纹嘴测量COD 的延性断裂韧

度测试应用。

    (4)修改引入了ASTM 1820-2011 推荐的载荷分离规则化方法,重点对载荷分

离理论在表述上作了无量纲改进,以及在ASTM 1820-2011 基础上,通过迭代应

COD 转换公式,实现载荷分离规则化方法对直通型CT 试样的延性断裂韧度

测试。

    此外,新标准对CT 试样采纳了在裂纹嘴和加载线测量裂纹张开位移的不同

方式实现裂纹长度计算的线性柔度公式,对CT 试样和SEB 试样引入了应用卸

载柔度实时测量J 积分的增量计算公式;修改了原标准中的方法表述、公式、文

字上存在的一系列错误。

    新修订的国家标准解决了同类国际标准中隐含的传统问题,实现了便于计算

机辅助测试的、用于获取材料延性断裂韧度的卸载柔度法和载荷分离法的单试样

法技术完整性。GB21143-2014 新修订内容的部分已向ISO 国际标准委员会推荐

修改。

    回溯历史,正如余寿文先生在ICF13(国际断裂力学大会)开幕式上提到,

1970 年代我国力学工作者在断裂力学领域做了许多开创性工作。在全国十余个

研究院所、大专院校参与下,由北京钢铁研究总院主持下曾在1980 年制定出国

际上第一个金属材料延性断裂韧度测试标准(利用JR 阻力曲线确定金属材料延

性断裂韧度的试验方法 GB2038-80)。11 年后,在ASTM E813-1987 基础上翻

版制定了GB2038-1991 _______准,再经历漫长的16 年,在ISO 12135-2002 基础上翻

版制定了GB21143-2007 标准。长期以来,国际同类标准,比如ASTM 标准,自

制定ASTM E813-1981 以来几乎1 2 年就修订1 次,相对而言,我国在30

年中差距逐渐拉大。近年在中国力学学会MTS 材料试验专委会成员参与推进的

国家标准修订成果标志着我国在断裂韧度测试标准研究上与国际先进标准之间

缩短了距离,并在获取R 阻力曲线的卸载柔度和载荷分离单试样测试方法上有

所超越。

在孙训方先生早期积极推动和倡导下,西南交通大学一开始就参与了断裂韧

性测试国家标准的制定和修订,近十年在蔡力勋教授团队创新牵引和修订推动

下,新标准修订得以立项和最终出版,这是一个里程碑式成果。对新规范有重要

贡献的蔡力勋团队成员包括:包陈(博士、讲师)、石凯凯(博士)及姚瑶、金

蕾、但晨、贾琦(硕士)。

    先进标准涉及大国话语权。材料断裂韧度是关系结构安全设计与评价的重要

指标,有复杂理论和工程应用背景,面向小尺度材料、复杂环境、焊接评定等方

面的测试需求给断裂力学研究者提出了各种挑战。要推进制定先进材料测试技术

标准,须先期展开的相关基础性工作已逐渐得到国家政策层面的支持,会有更多、

更好的国家、国际标准在中国的参与下制定和修订。