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介紹斷裂韌性的測試方法,計算公式是什么?

日期: 2022-08-12
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  耐火材料在工業應用的過程中,為了延長耐火材料的使用壽命,避免在使用中出現破壞,其承受熱沖擊的能力是人們所要關注的首要性能。材料受到劇烈熱沖擊而發生破壞,本質是由于劇烈熱沖擊所引起的熱沖擊應力作用于材料內部的宏觀缺陷與裂紋,使得裂紋發生擴展,進而使材料發生斷裂。對于耐火材料而言,目前采用的對斷裂韌性的檢測方法有單邊切口梁法、楔形劈裂法等。

  

介紹斷裂韌性的測試方法,計算公式是什么?


  1.單邊切口梁法

  單邊切口梁法(SingleEdgeNotchedBeam,又稱為SENB法)是在矩形截面的長柱狀試樣中部開一個很小的切口作為預置裂紋,一般設置切口寬度小于等于0.25mm,深度與試樣高度的比值應該在1/2.5到1/2之間,試樣加載直至斷裂。試樣外觀如圖1所示,對尺寸有一定的要求:

  

介紹斷裂韌性的測試方法,計算公式是什么?


  (式1)

  式1中,c代表預制縫的深度,mm;

  W代表試樣的高度,mm;

  L代表跨距,mm;

  B代表試樣的寬度,mm。

  試樣的長度要保證試樣伸出兩個支座外不少于3mm,橫截面尺寸根據有關規定,應為3mm×6mm或者2.5mm×5mm。

  對試樣斷裂韌性的計算按照公式可以表示為:

  

介紹斷裂韌性的測試方法,計算公式是什么?


  在耐火材料試樣上預制出理想的原生裂紋是很困難的,因此在使用單邊切口梁法對材料進行斷裂性能的檢測時,通常在試樣上預制出具有一定半徑的人工切口來進行代替。人工切口具有遠遠大于自然裂紋的曲率半徑,會引起應力集中程度的減小,測得的斷裂韌性的值就會偏大,并且會隨著切口寬度的增大而增大,這種效應被稱為“切口鈍化效應”。

  2.楔形劈裂法

  楔形劈裂法在1986年由Tschegg提出專利并且發表,自此世界范圍內的研究人員將該實驗方法應用于混凝土、木材、耐火材料等諸多領域。楔形劈裂法實驗,需要制備帶有預留縫的立方體試塊,測試時的試樣與夾具如圖1-4所示,在試塊上卡上夾具后對試塊施加豎直方向上的壓力,夾具與滾軸將楔形壓頭對試塊豎直方向的載荷轉換為水平荷載將試樣撐開。

  楔形劈裂實驗加載在試樣豎直方向上的力(PV)和水平方向上的力(PH)兩者的關系如下:

  

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  式中,PV——加載在楔形壓頭上的豎直方向上的力,N;

  PH——傳力墊片對試樣水平方向上的作用力,N;

  α——楔形壓頭尖端的角度,°。

  根據采集到的荷載與劈裂張口位移的關系,能夠計算出試樣劈裂時的斷裂能和斷裂韌性,從而能夠對試樣的斷裂行為進行描述。

  

介紹斷裂韌性的測試方法,計算公式是什么?


  使用楔形劈裂法測量澆注料試樣的斷裂行為,可直接在特定的模具中澆注成形,脫模燒成后不需經過額外的加工,制備方便。在試驗處理過程中不容易發生試樣的損毀。由于載荷是通過具有一定角度的楔形壓頭和夾具施加在試樣上,將豎向載荷轉化為對試樣的拉應力,使用簡單的豎向加載荷的試驗機械就可以進行試驗。并且通過楔形壓頭轉化后的水平載荷大于豎向載荷,這樣使用壓力較小的試驗機也可以測定試樣所受到的實際載荷,降低了對試驗機性能的要求,操作簡單,裝置經濟。

  用楔形劈裂法測定材料斷裂能時,試樣中穩定的裂紋擴展可以得到保證,因此在測定耐火材料斷裂能時適宜采用楔形劈裂法。奧地利萊奧本大學的Harmuth等人將楔形劈裂法應用于耐火材料的斷裂韌性的檢測,通過各種實驗,發展了實驗的可操作性和數據的處理方法。


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2022 - 08 - 12
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