冲击试样尺寸的变化对冲击试验功的影响
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不同尺寸试样与冲击吸收功试验结果之间的关系
摘要：对Q370R不同尺寸试样在室温下进行冲击试验，研究了试样宽度、厚度与冲击吸收功之间的关系。
得出以下结论：
关键词：不同尺寸冲击吸收功线性分布
1、前言
压力容器用钢板是国民经济建设中一类重要的钢铁材料，普遍应用于化工原料储罐、石油和液化天然气储罐等承压容器方面[1,2]，而冲击性能是此类钢的一项重要力学性能。
我们在长期大量的试验中发现冲击试样的尺寸变化对冲击吸收功影响较大，且冲击功与承载面积间并非成线性关系，因此研究大小冲击试样冲击功的变化及关联具有现实意义。
本文通过采用几种不同尺寸的试样进行常温冲击试验，统计分析大量数据，揭示了不同尺寸试样对冲击功变化的等效比值，为我们以后在实际工作中提供原则依据。
2、试样材料和试样方法
Q370R（原牌号为15MnNbR）钢是国内近年研制出来的一种新型钢材，具有耐高温，抗低温等优良的综合性能，可用于制造大型液化石油气球罐、锅炉容器，热能设备，造桥，重型机械等等。
我们用兰石球罐公司提供的同一炉批次板厚δ=42mm的Q370R试板作为试验材料，加工成10×10×55mm，10×7.5×55 mm，10×5.0×55 mm三种尺寸的横向夏氏V型缺口试样，每批10组，每组3件，共计90件。
冲击试验在常温下、按照GB/T229-2007进行，测定了试样的冲击功
A。
k
冲击试样的尺寸和冲击功见表一、表二、表三.
3、试验用钢Q370的力学性能
ReL/MPa Rm/MPa A/%
350 520 33
4、
k
A值与S的关系
对Q370R钢板三种尺寸的夏氏V型缺口试样的进行冲击试验，结果见表1，图1
表1 试样尺寸不同，面积与
k
A统计结果
序号试样尺寸
（mm）
平均宽度
（mm）
平均厚度
（mm）
平均面积
（mm2）
平均
k
A
比值
（
k i
A/
k10
A）
1 10×10×55.0 10.00 10.00 100.00 215.833 1
2 10×7.5×55.0 10.05 7.52 75.64 162.9667 0.755
3 10×5.0×55.0 10.03 5.02 50.30 104.69 0.485
5、不同面积下的冲击功的变化曲线见图1
从图1中可以看出随着试样面积增加，
k
A值也在一定范围非线性的增加。
6、不同厚度下冲击功的变化曲线见图2
图2 不同厚度下冲击功的变化曲线
从图2中可以看出试样厚度相同时，
k
A值在一小范围内变化；而当厚度分别为5.0mm，7.5mm，10mm时，冲击吸收功变化较大，且呈倍数关系增长.
统计各厚度的k A 值于表1，计算平均值和标准偏差，得出k i A /k 10A 的比值。
即k 5A /k 10A =0.485 k 7.5A /k 10A =0.755。
7、结论
⑴Q370大小尺寸试样的冲击功关系为非线性关系
⑵Q370大小尺寸试样的冲击功在统计意义上存在一定的比值即k 5A /k 10A =0.485
k 7.5A /k 10A =0.755。
8、分析结果
试样的冲击功是材料的强度，塑性，断裂韧性的综合反映，因为冲击试样所承受的是弯曲载荷，缺口截面上应力分布是不均匀的，塑性变形主要集中在缺口附近，试样断裂所消耗的能量并不是沿缺口截面均匀地消耗。
而是为缺口截面附近体积所吸收，增加试样的宽度或厚度导致承受变形的金属体积的增加，这将导致试样断裂时吸收能的增加。
但是尺寸的任何增大，特别是宽度还会导致阻尼程度的增加并导致诱发脆性断裂，而可能降低吸收能量值。
当试样处于全塑性断裂状态其冲击吸收功耗费于产生二个新自由表面和一定体积的塑性变形，此时截面的试样要更多的消耗冲击功，与截面的关系更大。
在统计数据试验中发现我们制备的试样因设备和人员技术等条件的影响试样的缺口深度、缺口根部的曲率半径、缺口角度和缺口根部的表面粗糙度与标准试样的制备有一定的误差，统计数据大小尺寸试样冲击功的比值与标准试样的冲击功的比值关系也就存在着一些差异。
本次试验准备不充分没有考虑到在试验温度的不同，大小尺寸的试样的冲击功的等效比值关系如何。
冲击试样严格标准化
表一 10x5.0x55mm
表二 10x7.5x55mm
表三 10x10x55mm。
