DD255403A1 - METHOD FOR DETERMINING CORRIGATED RIP RESISTANCE CURVES OF DUCTILE MATERIALS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von korrigierten Risswiderstandskurven duktiler Werkstoffe, wobei unter Verwendung angerissener Pruefkoerper nach einem bekannten Einkurvenverfahren der jeweilige Wert des J-Integrals aus der beim Werkstoffpruefvorgang im Pruefkoerper verbrauchten Energie bestimmt wird. Die Erfindung ist anwendbar in den Faellen, wo dissipative Energieanteile infolge von Risswachstum waehrend der Werkstoffpruefung die aus der absorbierten Energie ermittelten bruchmechanischen J-Integralwerte verfaelschen koennen. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zunaechst die quadrierte Risswiderstandskurve ermittelt, sodann im Punkt des Quadrats des kritischen J-Integralwertes die Tangente an die quadrierte Risswiderstandskurve bestimmt wird und anschliessend die korrigierte Risswiderstandskurve durch Radizieren der Tangente gefunden wird.The invention relates to a method for the determination of corrected crack resistance curves of ductile materials, wherein the respective value of the J integral is determined from the energy consumed in the material testing operation in the test body using torn test bodies according to a known curve method. The invention is applicable in cases where dissipative energy fractions due to crack growth during material testing can corrupt the fracture mechanical J integral values determined from the absorbed energy. The inventive method is characterized in that first the squared crack resistance curve is determined, then the tangent to the squared crack resistance curve is determined at the point of the square of the critical J integral value and then the corrected crack resistance curve is found by etching the tangent.
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von korrigierten Rißwiderstandskurven duktiler Werkstoffe, wobei unter Verwendung angerissener Prüfkörper nach einem bekannten Einkurvenverfahren der jeweilige Wert des J-Integrals aus der beim Werkstoffprüfvorgang im Prüfkörper verbrauchten Energie bestimmt wird, und der Schnittpunkt der Rißwiderstandskurve mit der Rißabstumpfungsgeraden den kritischen J-Integralwert J|C definiert.The invention relates to a method for the determination of corrected crack resistance curves of ductile materials, which is determined using torn test specimens according to a known Einkurvenverfahren the respective value of the J integral from the energy consumed in Werkstoffprüfvorgang in the specimen energy, and the intersection of the crack resistance curve with the Rißabstumpfungsgeraden the critical J integral value J | C defines.
Insbesondere ist die Erfindung anwendbar in den Fällen, wo dissipative Energieanteile infolge von Rißwachstum während der Werkstoffprüfung die aus der absorbierten Energie ermittelten bruchmechanischen J-Integralwerte verfälschen können.In particular, the invention is applicable in cases where dissipative energy fractions due to crack growth during material testing can distort the fracture mechanical J integral values determined from the absorbed energy.
Es ist bekannt, zur Charakterisierung des Werkstoffwiderstandes gegen das Wachstum von Rissen in Bauteilen aus duktilen Materialien Rißwiderstandskurven zu verwenden.It is known to use crack resistance curves to characterize the material resistance to the growth of cracks in ductile material components.
Diese beschreiben die Änderung der Bruchkenngröße J-Integral mit wachsender Rißlänge, wobei das J-Integral ein Maß für den Umsatz an potentieller Energie an der Rißspitze infolge der Verlängerung des Risses ist. Übersteigt diese Bruchkenngröße einen materialspezifischen kritischen Wert J!C, so verlängert sich der Riß.These describe the change in the J-integral breaking parameter with increasing crack length, the J integral being a measure of the potential energy turnover at the crack tip due to the elongation of the crack. If this breaking characteristic exceeds a material-specific critical value J ! C , the crack is lengthened.
Experimentell werden die verschiedenen Werte des J-Integrals nach der sogenannten Pseudocompliance-Methode ermittelt.Experimentally, the different values of the J integral are determined according to the so-called pseudocompliance method.
Dazu werden für mehrere identische Prüfkörper mit verschiedenen Rißlängen die Flächen unter den Last-Lastangriffspunktverschiebungs-Kurven gegen die entsprechenden Rißlängen aufgetragen. Die negative Steigung dieser Kurve für eine bestimmte Rißlänge, geteilt durch die Dicke des ebenen Prüfkörpers, ergibt den jeweiligen J-Integralwert (s. K.-H.For this purpose, for several identical test specimens with different crack lengths, the areas under the load load application point shift curves are plotted against the corresponding crack lengths. The negative slope of this curve for a given crack length divided by the thickness of the flat test specimen gives the respective J integral value (see K.-H.
Schwalbe „Bruchmechanik metallischer Werkstoffe", C. Hanser-Verlag 1980, S.310-311, und H. Blumenauer, G. Pusch „Technische Bruchmechanik", Dt. Verlag für Grundstoffindustrie 1981, S. 119-120).Schwalbe "fracture mechanics of metallic materials", C. Hanser-Verlag 1980, p.310-311, and H. Blumenauer, G. Pusch "technical fracture mechanics", Dt. Verlag für Grundstoffindustrie 1981, pp. 119-120).
Dieses bekannte Verfahren liefert zwar weitgehend genaue Werte des J-Integrals zur Bestimmung der Rißwiderstandskurve.Although this known method provides largely accurate values of the J integral for determining the crack resistance curve.
Nachteilig ist jedoch, daß zur Ermittlung eines einzigen J-Integralwertes mehrere Versuchsdurchführungen, d. h. mehrere Prüfkörper erforderlich sind.A disadvantage, however, is that to determine a single J integral value several experimental procedures, d. H. several specimens are required.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bereits bekannt, sogenannte Einkurvenverfahren zu verwenden. Dabei wird jeweils ein J-Integralwert näherungsweise aus einer einzigen Last-Verschiebungskurve bestimmt (vergl. Schwalbe, a.a. O, S. 312 ff, Blumenauer, a.a.O, S. 120/121).To avoid this disadvantage, it is already known to use so-called Einkurvenverfahren. In each case, a J-integral value is determined approximately from a single load-displacement curve (see Schwalbe, loc. Cit., Pp. 312 et seq., Blumenauer, loc. Cit., Pp. 120/121).
Diese Einkurvenverfahren vernachlässigen jedoch dissipative Energieanteile infolge Rißwachstums während des Prüfvorganges, welche nicht für die eigentliche Erweiterung des Rißes zur Verfügung stehen. Als Folge davon ergeben sich insbesondere für große Werte des Rißlängenzuwachses J-Integralwerte, die die Rißzähigkeit duktiler Werkstoffe und somit die Festigkeit von Bauteilenteilweise beträchtlich überschätzen.However, these incursion techniques neglect dissipative energy fractions due to crack growth during the testing process, which are not available for the actual broadening of the crack. As a result, J integral values result, in particular for large values of crack length increase, which considerably overestimate the fracture toughness of ductile materials and thus the strength of component parts.
Im US-Standard ASTM E 813-81 zur Ermittlung des kritischen J-Integralwertes Jic für das Rißwachstum wird ein Korrekturverfahren beschrieben, um die genannten Fehler zu reduzieren. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig und kaum praktikabel sowie für nichtinstrumentierte Prüfverfahren nicht geeignet.In US Standard ASTM E 813-81 for determining the critical J integral Jic for crack growth, a correction method is described in order to reduce said errors. However, this method is complicated and hardly practicable and not suitable for non-instrumented test methods.
Bei eigenen Untersuchungen wurde gefunden, daß die oben genannten dissipativen Energieanteile dem Produkt aus J-Integral und Reißmodul proportional sind. Diese dissipativen Energieanteile werden bei stabilem Rißwachstum einer materialspezifischen Energie gleichgesetzt, die die überschüssige Energie während des Rißwachstumsprozesses kompensiert.In our own investigations, it was found that the above-mentioned dissipative energy proportions are proportional to the product of J-integral and breaking modulus. These dissipative energy components are equated with stable crack growth material-specific energy that compensates for the excess energy during the crack growth process.
Daraus läßt sich ableiten, daß das Quadrat der zur Trennung des Werkstoffes verbrauchten Energie pro Rißverlängerung in Abhängigkeit vom Rißlängenzuwachs ein lineares Verhalten zeigt.It can be deduced from this that the square of the energy consumed for the separation of the material per crack extension shows a linear behavior as a function of the crack length increase.
Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung von Rißwiderstandskurven nach einem Einkurvenverfahren anzugeben, wobei unter Berücksichtigung vorstehender Erkenntnis weitgehend genaue J-Integralwerte anhand einfacher und praktischer Verfahrensschritte bestimmbar sind.It is an object of the invention to provide a method for determining crack resistance curves according to a single-curve method, wherein, taking into account the above-mentioned knowledge, largely accurate J integral values can be determined on the basis of simple and practical method steps.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von korrigierten Rißwiderstandskurven duktiler Werkstoffe, wobei unter Verwendung angerissener Prüfkörper nach einem bekannten Einkurvenverfahren der jeweilige Wert des J-Integrals aus der beim Werkstoffprüfvorgang im Prüfkörper verbrauchten Energie bestimmt wird, und der Schnittpunkt der Rißwideistandskurve mit der Rißabstumpfungsgeraden den kritischen J-Integralwert J!C definiert, zu schaffen, wobei dissipative Energieanteile infolge Rißwachstums während des Prüfyorgangs mit guter Näherung berücksichtigt werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst punktweise die quadrierte Rißwiderstandskurve ermittelt, sodann im Punkt des Quadrates des kritischen J-Integralwertes die Tangente an die quadrierte Rißwiderstandskurve bestimmt wird und anschließend die korrigierte Rißwiderstandskurve durch Radizieren der Tangente bestimmbar ist. In den Fällen, in denen sich am quadrierten Punkt des kritischen J-Integralwertes eine Tangente mit keiner oder negativer Steigung ergeben würde, ist es zweckmäßig, daß die Tangente durch eine Ausgleichgerade (mit positiver Steigung) ersetzt wird, welche an Meßwerte im Bereich oberhalb des kritischen J-Integralwertes angepaßt wird.The invention is based on the object, a method for the determination of corrected crack resistance curves of ductile materials, which is determined using torn test specimens according to a known Einkurvenverfahren the respective value of the J integral from the energy consumed in Werkstoffprüfvorgang in the specimen energy, and the intersection of the Rißwideistandskurve the Rißabstumpfungsstraight defines the critical J integral value J ! C , taking into account dissipative energy components due to crack growth during the Prüfyorgangs with good approximation. According to the invention, this object is achieved in that the squared crack resistance curve is first determined pointwise, then the tangent to the squared crack resistance curve is determined at the point of the square of the critical J integral value and then the corrected crack resistance curve can be determined by etching the tangent. In cases in which a tangent with no or negative slope would result at the squared point of the critical J integral value, it is expedient that the tangent be replaced by a compensation straight line (with positive slope), which is based on measured values in the region above critical J integral value is adjusted.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:
Fig. 1: eine konventionell ermittelte und eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren korrigierte Rißwiderstandskurve, Fig. 2: die quadrierte Rißwiderstandskurve und eine im kritischen Punkt angelegte Tangente.Fig. 1: a conventionally determined and corrected by the inventive method crack resistance curve, Fig. 2: the squared crack resistance curve and a tangent applied at the critical point.
Die in Fig. 1 dargestellte, konventionell ermittelte Rißwiderstandskurve J wurde aus den Daten eines instrumentierten Kerbschlagbiegeversuches gewonnen. Dazu wurde an einseitig angerissenen, identischen 3-Punktbiegeproben die Fläche A unter der Last-Lastangriffspunktverschiebungskurve für verschiedene Hammerenergien ermittelt sowie die zugehörige Rißverlängerung ^a, gemittelt über die Dicke B des Prüfkörpers, gemessen. Der jeweilige Wert des J-Integrals ergibt sich (vergl. Blumenauer, a.a.O. S. 120-121) aus der BeziehungThe conventionally determined crack resistance curve J shown in FIG. 1 was obtained from the data of an instrumented impact test. For this purpose, area A under the load load application point shift curve for different hammer energies was determined on unilaterally scribed, identical 3-point bend samples, and the associated crack extension a, averaged over the thickness B of the test object, was measured. The respective value of the J integral results (see Blumenauer, supra, pp. 120-121) from the relation
J = 2AJ = 2A
B(W-a0) - (1)B (Wa 0 ) - (1)
Die Größe W - ao entspricht der Restligamentbreite des Prüfkörpersmit der Ausgangsrißlänge a0.The size W - a o corresponds to the residual ligament width of the test specimen with the initial tear length a 0 .
Entsprechend Beziehung (1) gemessene/berechnete Werte für das jeweilige J-Integral sind aus Fig. 1 ersichtlich (Beispiel: Stahl HS 60-3 Ni bei 0 C). Gleichfalls ersichtlich ist der Schnittpunkt S der Rißwiderstandskurve J mit der Rißabstumpfungsgeraden RAG, welche eine Pseudorißverlängerung infolge plastischer Verformung der Rißspitze bis zum kritischen J-Integralwert J|C der echten Rißverlängerung am Punkt ac beschreibt.Corresponding relationship (1) measured / calculated values for the respective J integral can be seen from FIG. 1 (example: steel HS 60-3 Ni at 0 C). Also apparent is the intersection S of the crack resistance curve J with the crack truncation straight line RAG, which is a pseudo-crack extension due to plastic deformation of the crack tip to the critical J integral value J | C describes the actual crack extension at point a c .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer korrigierten Rißwiderstandskurve wird nun so durchgeführt, daß in einem ersten Verfahrensschritt die Rißwiderstandskurve J punktweise quadriert wird, so daß die entsprechende quadratische Kurve J2 (Fig. 2) erhalten wird.The method according to the invention for determining a corrected crack resistance curve is now carried out such that in a first method step the crack resistance curve J is squared pointwise, so that the corresponding square curve J 2 (FIG. 2) is obtained.
Diese Kurve J2 hat in dem Schnittpunkt S entsprechenden Punkt S 1 im Normalfall eine positive Steigung. An diesem Punkt S 1 wird im zweiten Verfahrensschritt die Tangente T an die quadrierte Kurve J2 bestimmt. Im folgenden Schritt wird diese Tangente T radiziert, so daß die korrigierte Rißwiderstandskurve Jkorr ermittelt wird (s. Fig. 1).This curve J 2 has in the intersection S corresponding point S 1 normally a positive slope. At this point S 1, the tangent T to the squared curve J 2 is determined in the second method step. In the following step this tangent T is square root, so that the corrected Rißwiderstandskurve J corr is determined (s. Fig. 1).
Das heißt, für die korrigierte Rißwiderstandskurve JkOrr kann die BeziehungThat is, for the corrected crack resistance curve Jk O rr, the relationship
Λογγ ; Λογγ ;
(J2,c + CT^a )1/! (2) (J 2 , c + C T ^ a) 1 /! (2)
geschrieben werden (CT = Steigung der Tangente T).written (C T = slope of the tangent T).
Sofern die Lage des Punktes S T aus Gründen der Meßgenauigkeit nur näherungsweise bekannt ist, wird die Tangente T durch eine Ausgleichsgerade A ersetzt (nicht gezeichnet), welche an Meßwerte im geschätzten Bereich oberhalb des Punktes S 1 nach bekannten Verfahren der Ausgleichsrechnung angepaßt wird.If the position of the point S T is only approximately known for reasons of measurement accuracy, the tangent T is replaced by a straight line A (not shown), which is adapted to measured values in the estimated range above the point S 1 according to known methods of compensation calculation.
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DD29823186A DD255403A1 (en) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | METHOD FOR DETERMINING CORRIGATED RIP RESISTANCE CURVES OF DUCTILE MATERIALS |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108760462A (en) * | 2018-06-06 | 2018-11-06 | 郑州职业技术学院 | A kind of research method of the power hardening to tired elasto bending crackle J integrating effects |
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1986
- 1986-12-23 DD DD29823186A patent/DD255403A1/en not_active IP Right Cessation
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