JPH0374941B2

JPH0374941B2 -

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Publication number: JPH0374941B2
Application number: JP59155185A
Authority: JP
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1991-11-28
Also published as: JPS6134440A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、亀裂等の欠陥を生じた機械、構造物
等がどの程度の外力まで耐えられるかを知るのに
基本となるデータを提供するJ_1c破壊靭性試験方
法に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides basic data for determining how much external force a machine, structure, etc. that has defects such as cracks can withstand. J _1c Fracture toughness test method.

[Technical background of the invention and its problems]

機械、構造物等の設計に際しては、使用する材
料の強度特性データ（例えば降伏強度、引張強
度、疲労限度等でいずれも応力により表示され
る。）に基づいて稼動中に生じる応力がこれらの
値を越えないようにしている。 When designing machines, structures, etc., the stress generated during operation is calculated based on the strength characteristic data of the materials used (for example, yield strength, tensile strength, fatigue limit, etc., all of which are expressed as stress). I try not to exceed.

しかし、機械、構造物の部材にかなり大きな欠
陥あるいは亀裂がすでに存在している場合、その
強度が欠陥あるいは亀裂の寸法の増大とともに低
下することは経験により知られている。このよう
な場合の強度特性は、あまり大きな欠陥を含まな
い平滑試験片を用いて測定した前記強度特性デー
タと一致しない。例えば、平滑試験片の引張強度
はＡ鋼の方がＢ鋼より高かつたとしても、それぞ
れの材料に同じ寸法の亀裂が存在する場合、破壊
強度はＢ鋼の方がＡ鋼よりも高くなることがあ
る。 However, experience has shown that when fairly large defects or cracks are already present in a mechanical or structural component, its strength decreases as the size of the defect or crack increases. The strength properties in such a case do not match the strength property data described above measured using a smooth specimen that does not contain very large defects. For example, even if steel A has a higher tensile strength than steel B for a smooth specimen, if cracks of the same size exist in each material, the fracture strength of steel B will be higher than steel A. Sometimes.

そこで、亀裂等を起点として外力の増加を伴う
ことなく破壊が急速に進行する際、すなわち不安
定破壊が生じる際に材料が示す抵抗値である“破
壊靭性値”から亀裂等の欠陥が生じた材料の破壊
強度を求める試験方法が提案されている。 Therefore, defects such as cracks occur due to the "fracture toughness value", which is the resistance value of the material when fracture progresses rapidly without an increase in external force from a crack etc., that is, when unstable fracture occurs. Test methods have been proposed to determine the fracture strength of materials.

破壊靭性値を“J_1c値”により求めるJ_1c破壊靭
性試験方法としては、“Ｒ曲線法”、“除荷コンプ
ライアンス法”等の方法が知られている。 As the J _1c fracture toughness test method for determining the fracture toughness value using the "J _1c value", methods such as the "R curve method" and the "unloading compliance method" are known.

Ｒ曲線法と除荷コンプライアンス法はともに
“Ｒ曲線”を求め、このＲ曲線と鈍化直線とから
J_1c値を求める方法であるが、Ｒ曲線の求め方が
相違している。 Both the R curve method and the unloading compliance method determine the "R curve", and from this R curve and the blunted straight line,
Although this is a method for determining the J _1c value, the method for determining the R curve is different.

上述のＲ曲線法ではＲ曲線を求めるのに多数の
試験片を必要とし、手間がかかるが、除荷コンプ
ライアンス法では一本の試験片の荷重・変位曲線
から亀裂成長量を間接的に測定しＲ曲線を求める
ため、試験時間の大幅な短縮を図ることができ
る。 The above-mentioned R curve method requires a large number of test pieces to obtain the R curve, which is time-consuming, but the unloading compliance method indirectly measures the amount of crack growth from the load/displacement curve of a single test piece. Since the R curve is determined, the test time can be significantly shortened.

この除荷コンプライアンス法によれば、理想亀
裂が入つた例えばコンパクト試験片（以下CT試
験片と略記する。第２図参照）に所定の変位レベ
ルまで荷重を作用した後、荷重をわずかに除荷
し、その際の荷重・変位曲線の傾き（コンプライ
アンス）を求める。この操作を複数回繰返すこと
により、一本のCT試験片から一連のコンプライ
アンスを求め（第６図参照）、このコンプライア
ンスから計算によつて亀裂成長量を求める。 According to this unloading compliance method, after applying a load to a predetermined displacement level on, for example, a compact test piece (hereinafter abbreviated as CT test piece, see Figure 2) with an ideal crack, the load is slightly unloaded. Then, find the slope (compliance) of the load/displacement curve at that time. By repeating this operation multiple times, a series of compliances are obtained from one CT specimen (see Figure 6), and the amount of crack growth is calculated from this compliance.

従来、除荷コンプライアンス法によりコンプラ
イアンスを求めるのに、第６図の荷重・変位曲線
を示すグラフのＸ軸のあたるCOD（開口変位、第
２図参照）をほぼ等間隔に分割して、ｎ＝１，
２，……Ｋ，Ｋ＋１，……ｎの各測定点でコンプ
ライアンスを求めていた。 Conventionally, to determine compliance using the unloading compliance method, the COD (opening displacement, see Figure 2), which is on the X axis of the graph showing the load/displacement curve in Figure 6, is divided into approximately equal intervals and n= 1,
Compliance was determined at each measurement point of 2,...K, K+1,...n.

しかし、Ｒ曲線を求めるのにもととなるコンプ
ライアンスは、不安定破壊域で求めたコンプライ
アンスである。 However, the compliance that is the basis for determining the R curve is the compliance determined in the unstable fracture region.

したがつて、荷重・変位曲線が第７図に示すよ
うな場合には問題がないものの、第８図に示すよ
うな場合には測定点が少なく、正確なＲ曲線を求
めることができない問題があつた。また、安定破
壊域では亀裂をある程度成長させないと金属分子
間の再生現象を加工硬化によりコンプライアンス
が正確に求められない。このため、安定破壊域に
おいて短間隔で測定点を数多くとつても正確なデ
ータが得られず、あまり意味のない部分での測定
に多くの時間がとられる結果となる問題もあつ
た。 Therefore, there is no problem when the load/displacement curve is as shown in Figure 7, but when it is as shown in Figure 8, there are fewer measurement points and there is a problem that an accurate R curve cannot be determined. It was hot. In addition, in the stable fracture region, compliance cannot be accurately determined by work hardening due to the regeneration phenomenon between metal molecules unless cracks are allowed to grow to a certain extent. For this reason, there was a problem in that accurate data could not be obtained even if many measurement points were taken at short intervals in the stable fracture region, resulting in a large amount of time being spent on measurements in meaningless areas.

[Problem that the invention seeks to solve]

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、短時間で正確なＲ曲線
（J_1c値）を求めることができるJ_1c破壊靭性試験方
法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a J _1c fracture toughness test method that can obtain an accurate R curve (J _1c value) in a short time.

[Means for solving problems]

本発明は上記目的を達成するため、“除荷コン
プライアンス法”により“J_1c値”を求めるJ_1c破
壊靭性試験方法において、コンプライアンスの測
定点を、荷重・変位曲線の最大値に至る前の領域
よりも後の領域で数多く設けることを特徴として
いる。 In order to achieve the above object, the present invention uses the J _1c fracture toughness test method to determine the "J _1c value" using the "unloading compliance method" by setting the compliance measurement point to the area before reaching the maximum value of the load/displacement curve. It is characterized by the fact that it is provided in large numbers in later areas.

〔Example〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図は本発明の試験方法を実施する装置を示
している。図中符号１はCT試験片、２は変位計、
３はロードセル、４はＸ−Ｙ記録計、５はアクチ
ユエータ、６は制御部である。 FIG. 1 shows an apparatus for carrying out the test method of the invention. In the figure, code 1 is a CT test piece, 2 is a displacement meter,
3 is a load cell, 4 is an X-Y recorder, 5 is an actuator, and 6 is a control section.

CT試験片１の一側縁には開口部１ａが設けら
れていて、該開口部１ａに予め理想亀裂１ｂが入
つている。なお、CT試験片１以外に三点曲げ法
で用いる理想亀裂の入つた試験片を使用してもよ
い。 An opening 1a is provided at one side edge of the CT test piece 1, and an ideal crack 1b is previously formed in the opening 1a. In addition to CT test piece 1, a test piece with an ideal crack used in the three-point bending method may be used.

変位計２はCODを測定するもので、例えばク
リツプゲージからなる。 The displacement meter 2 measures COD and is made of, for example, a clip gauge.

ロードセル３は、アクチユエータ５によりCT
試験片１に作用する荷重を検出する。 The load cell 3 is controlled by the actuator 5.
Detect the load acting on the test piece 1.

Ｘ−Ｙ記録計４は、変位計２とロードセル３か
ら変位信号、荷重信号を入力して荷重・荷重変位
曲線を記録する。 The X-Y recorder 4 inputs displacement signals and load signals from the displacement meter 2 and load cell 3 and records a load/load displacement curve.

制御部６は、第５図に示すフローチヤートにし
たがつてアクチユエータ５を制御する。 The control unit 6 controls the actuator 5 according to the flowchart shown in FIG.

次に上記装置を使用して本実施例の試験方法を
説明する。 Next, the test method of this example will be explained using the above device.

CT試験片１と同じ材料からなる理想亀裂の入
つた同形同大の試験片を用いて荷重・変位曲線を
求め、該荷重・変位曲線の最大値に至る前の領域
をn₁ピツチ間隔でコンプライアンスの測定点ｎ＝
１，……，Ｋを設定し、また最大値の後の領域を
n₂ピツチ間隔でコンプライアンスの測定点ｎ＝Ｋ
＋１，……，ｎを設定する。 A load/displacement curve is obtained using a test piece of the same shape and size with an ideal crack made of the same material as CT test piece 1, and the area before reaching the maximum value of the load/displacement curve is measured at n ₁ pitch intervals. Compliance measurement point n=
1,...,K, and the area after the maximum value
Compliance measurement points n = K at _2- pitch intervals
Set +1,...,n.

このようにしてから、アクチユエータ５を動作
させてCT試験片１に荷重を作用させる。このと
き、ロードセル３により荷重を検出し、また変位
計２によりCODを検出して、Ｘ−Ｙ記録計４に
より第３図に示すような荷重・変位曲線を記録す
る。 After doing this, the actuator 5 is operated to apply a load to the CT specimen 1. At this time, the load cell 3 detects the load, the displacement meter 2 detects the COD, and the X-Y recorder 4 records a load/displacement curve as shown in FIG.

最大値（最大荷重）に至る前ではn₁ピツチ間隔
における各測定点ｎ＝１，……，Ｋで除荷し、最
大値の後ではn₂ピツチ間隔における各測定点ｎ＝
Ｋ＋１，……，ｎで除荷する。この除荷に際して
は、応力緩和にあわせて除荷してもよいが、応力
緩和の影響がコンプライアンスの測定誤差以下に
なつたとき、すなわち応力緩和が無視し得るまで
待つてから一気に除荷する。このようにした方
が、短時間で正確なコンプライアンスを求めるこ
とができる。 Before the maximum value (maximum load) is reached, the load is unloaded at each measurement point n = ₁ , ..., K at an interval of n 1 pitches, and after the maximum value, the load is unloaded at each measurement point n = 1, ..., K at an interval of n ₂ pitches.
Unload at K+1,...,n. When unloading, the load may be unloaded in accordance with the stress relaxation, but the load is removed all at once after waiting until the influence of the stress relaxation becomes less than the compliance measurement error, that is, until the stress relaxation can be ignored. In this way, accurate compliance can be obtained in a shorter time.

上述のようにして、ｎ＝１，Ｋ，Ｋ＋１，……
ｎの各点でのコンプライアンスC_oを求め、これ
を“Saxinaの式” a_o＝Aa＋Baf₁（Ks・C_o）＋…… なお、Aa，Ba…は係数 Ksは材料定数に代入して得た亀裂長さの演算値a_oに基づいて亀
裂成長量Δaを算出する。 As described above, n=1, K, K+1,...
Find the compliance C _o at each point of n and use it as “Saxina's formula” a _o = Aa + Baf ₁ (Ks・C _o ) +... Note that Aa, Ba... are coefficients and Ks is obtained by substituting the material constant. The crack growth amount Δa is calculated based on the calculated value a _o of the crack length.

Δa＝a_o−a_p（a_pは荷重の作用点から理想亀裂１
ｂ先端までの距離）＝Aa＋Baf₁（Kf・C_o）＋…… −Aa＋Baf₁（Kf・C_p）＋…… ＝Baf₁Kf（C_o−C_p）＋…… また、a_o，A_o（A_oは第３図の曲線で囲まれた面
積）からJ_oを算出する。 Δa＝a _o −a _p (a _p is the ideal crack 1 from the load application point
distance to the tip of b) =Aa+Baf ₁ (Kf・C _o )+…… −Aa+Baf ₁ (Kf・C _p )+…… =Baf ₁ Kf(C _o −C _p )+…… Also, a _o , A Calculate J _o from _o (A _o is the area surrounded by the curve in Figure 3).

J_o＝A_o／Bbｆ（a_o／Ｗ）なお、Bbは係数である。 J _o =A _o /Bbf (a _o /W) Note that Bb is a coefficient.

この後、亀裂成長量ΔaとＪ積分の関係をプロ
ツトすることによりＲ曲線を求め、また鈍化直線
（Ｊ＝2δfs・Δa、δfsは有効降伏強度である。）を
求めて、これらＲ曲線と鈍化直線との交点から
“J_1c値”を求める（第４図参照）。 After this, the R curve is obtained by plotting the relationship between the crack growth amount Δa and the J integral, and the blunting straight line (J = 2δfs・Δa, δfs is the effective yield strength) is obtained, and these R curves and the blunting line are obtained. Find the "J _1c value" from the intersection with the straight line (see Figure 4).

なお、上記実施例では、制御部６によりアクチ
ユエータ５を自動制御した場合を示したが、手動
操作で行うようにしてもよい。 In addition, although the said Example showed the case where the actuator 5 was automatically controlled by the control part 6, it may be made to perform by manual operation.

〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、コンプラ
イアンスの測定点を、荷重・変位曲線の最大値に
至る前の領域よりも最大値の後の領域で数多く設
けるので、Ｒ曲線を求めるのに必要なコンプライ
アンスの測定点が多くとれ、このため等間隔に測
定点をとる従来の場合に比して一連のコンプライ
アンスの測定に際しその測定時間の短縮を図るこ
とができる上に、正確なＲ曲線が得られ、正確な
“J_1c値”を求めることができる。 As explained above, according to the present invention, more compliance measurement points are provided in the area after the maximum value of the load/displacement curve than in the area before reaching the maximum value, so that the compliance measurement points required to determine the R curve are A large number of compliance measurement points can be taken, which makes it possible to shorten the measurement time when performing a series of compliance measurements, as well as to obtain an accurate R curve, compared to the conventional method where measurement points are taken at equal intervals. , it is possible to obtain an accurate “J _1c value”.

[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を
示すブロツク図、第２図は試験片の拡大斜視図、
第３図は荷重・変位曲線を示すグラフ、第４図は
Ｒ曲線と鈍化直線とから“J_1c値”を求める方法
を説明するグラフ、第５図はアクチユエータの動
作を示すフロチヤート、第６図は従来の方法での
コンプライアンスの測定点を説明する説明図、第
７，８図は荷重・変位曲線を示すグラフである。１…CT試験片、１ｂ…理想亀裂、２…変位計、
３…ロードセル、４…Ｘ−Ｙ記録計、５…アクチ
ユエータ、６…制御部。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of an apparatus for implementing the method of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view of a test piece,
Figure 3 is a graph showing the load/displacement curve, Figure 4 is a graph explaining how to determine the "J _1c value" from the R curve and the blunted line, Figure 5 is a graph showing the operation of the actuator, and Figure 6 is a graph showing the operation of the actuator. is an explanatory diagram illustrating compliance measurement points in the conventional method, and FIGS. 7 and 8 are graphs showing load/displacement curves. 1...CT test piece, 1b...ideal crack, 2...displacement meter,
3... Load cell, 4... X-Y recorder, 5... Actuator, 6... Control unit.

Claims

[Claims] 1. After applying a load to a test piece with ideal cracks up to a predetermined displacement level, the load acting on the test piece is slightly unloaded, and the slope of the load/displacement curve at that time is calculated. In the J _1c fracture toughness test method for determining the J _1c value, the load acting on the test piece is such that the unloading at the compliance measurement point is such that stress relaxation while maintaining the predetermined displacement level is almost negligible. start after the decrease, and
A J _1c fracture toughness test method characterized by providing more measurement points in the area after the maximum value of the load/displacement curve than in the area before reaching the maximum value.