ICS 83.080.01 CCS G 31
GP
中华人民共和国国家标准
GB/T41933—2022
塑料 拉-拉疲劳裂纹扩展的测定
线弹性断裂力学（LEFM)法
Plastics-Determination of tension-tension fatigue crack propagation--
Linear elasticfracturemechanics(LEFM)approach
(ISO15850:2014,MOD)
2023-04-01实施
2022-12-30发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T41933—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件修改采用ISO15850：2014《塑料拉-拉疲劳裂纹扩展的测定 线弹性断裂力学（LEFM) 法》。
本文件与ISO15850：2014相比做了下述结构调整：
-将ISO15850：2014的6.1.3中描述范围的内容调整到第1章，使结构更合理；将ISO15850：2014的7.4内容调整到6.5，使结构更合理。
本文件与ISO15850：2014的技术差异及其原因如下：
用规范性引用的GB/T1040（所有部分）替换了ISO527（所有部分）（见6.1.3、7.3.4），以适应我国的技术条件，增加可操作性；用规范性引用的GB/T39812替换了ISO2818（见6.2），以适应我国的技术条件，增加可操作性；用规范性引用的GB/T2918替换了ISO291（见6.5），以适应我国的技术条件，增加可操作性。
本文件做了下列编辑性改动：
正文部分解释说明性内容变更为注（见第1章、6.1.2、6.1.3、7.3）；删除了术语“应力强度校准”；用资料性引用的GB/T41932替换了ISO13586（见3.8、3.12和第5章）；删除了术语“最大能量释放率”和“最小能量释放率”，将其作为术语“能量释放率范围”定义的注（见3.13）：用资料性引用的GB/T32682替换了ISO16770（见6.1.1）；删除了ISO15850：2014的10.1。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国石油和化学工业联合会提出。 本文件由全国塑料标准化技术委员会（SAC/TC15)归口。 本文件起草单位：中石化(北京)化工研究院有限公司、中蓝晨光化工有限公司、广州毅昌科技股份
有限公司、承德市精密试验机有限公司、厦门银都利工业有限公司、西南交通大学、山东非金属材料研究所、中广核俊尔（浙江）新材料有限公司、青岛市产品质量检验研究院、浙江华峰新材料有限公司、东莞智国新材料科技有限公司、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心）、芜湖创科新材料科技有限公司、吉林省产品质量监督检验院、山东祥龙新材料股份有限公司、广东优巨先进新材料股份有限公司、费县海越塑料制品包装有限公司、浙江元盛塑业股份有限公司、深圳市骏鼎达新材料股份有限公司、山东精诚工业自动化设备有限公司。
本文件主要起草人：者东梅、胡孝义、张彦君、杨江源、王新华、向梅、蒋晗、张霞、陈永波、宫象秀、 蔡万东、李祖勇、郭霞、汪森、李尚禹、郭迎迎、马学彬、王贤文、张敬彩、黄伟锋、杨占祎、滑丁朋、刘云鹏。
I GB/T41933—2022
塑料拉-拉疲劳裂纹扩展的测定
线弹性断裂力学（LEFM）法
1范围
本文件描述了通过对缺口试样施加在恒定正最小值和恒定正最大值之间周期性变化的拉伸载荷测定其裂纹扩展的方法。
本文件适用于裂纹长度与载荷周期次数的函数关系，以及裂纹长度增长率与裂纹尖端的应力强度因子和能量释放率的函数关系的测定。
注1：检测并报告裂纹扩展中可能出现的不连续现象。 本文件也适用于材料耐裂纹增长性能的测定。 注2：结果以导致裂纹增长失效的周期次数或总时间与应力强度因子的关系表示，见附录A。 本文件适用于以下材料采用线弹性断裂力学（LEFM)法进行拉-拉疲劳裂纹扩展的测定：
刚性和半刚性热塑性模塑、挤出材料（包括填充和短纤维增强复合材料）及板材；刚性和半刚性热固性材料（包括填充和短纤维增强化合物）及板材。
本文件仅适用于在所用加载频率和预期试验持续时间内黏弹性非常有限的材料。
2规范性引用文件
2
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T1040（所有部分）塑料拉伸性能的测定注：GB/T1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则(GB/T1040.1—2018,ISO527-1;2012,IDT)：
GB/T1040.2塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件（GB/T1040.2一2022， ISO 527-2:2012,IDT); GB/T1040.3塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件（GB/T1040.3—2006，ISO527-3： 1995,IDT); GB/T1040.4塑料拉伸性能的测定第4部分：各向同性和正交各向异性纤维增强复合材料的试验条件 (GB/T1040.4—2006,ISO 527-4:1997,IDT); GB/T1040.5塑料拉伸性能的测定第5部分：单向纤维增强复合材料的试验条件（GB/T1040.5一2008， ISO 527-5;1997,IDT)。
GB/T2918塑料试样状态调节和试验的标准环境(GB/T2918—2018，ISO291：2008，MOD) GB/T39812塑料试样的机加工制备（GB/T39812-2021，ISO2818：2018，IDT）
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
1 GB/T 41933—2022
3.9
最大应力强度因子maximumstressintensityfactor Kmax 单个周期内应力强度因子的最大值。
3.10
最小应力强度因子 minimum stressintensityfactor K min 单个周期内应力强度因子的最小值。
3.11
应力强度因子范围 stressintensityfactorrange AK 单个周期内应力强度因子最大值和最小值之差。
3.12
能量释放率 energy release rate G 裂纹面积扩大A所需要的外力功8U和变形体的应变能变化8U。的差值，计算见公式（2)。
8Uet _ U,
G=
.(2)
A A
式中： G Uext aU, A 注：在线弹性行为假设条件下，应力强度因子K与能量释放率G之间关系见GB/T41932一2022中的3.4。 ［来源：GB/T41932--2022，3.1，有修改］
能量释放率，单位为焦耳每平方米（J/m"）；外力功，单位为焦耳(J)；变形体的应变能变化，单位为焦耳(J)；裂纹扩大的面积，单位为平方米（m"）。
3.13
能量释放率范围 energy release rate range AG 单个周期内能量释放率最大值和最小值之差。 注：单个周期内能量释放率的最大值称为最大能量释放率，单个周期内能量释放率的最小值称为最小能量释放率。
3.14
缺口 notch 在试验前采用刀片或类似锋利工具在试样上加工的尖锐凹痕，并将其作为诱导产生疲劳裂纹的
起点。 3.15
起始裂纹长度 initial crack length ao 缺口（3.14)的长度。 注：以米(m)为单位。
3.16
裂纹长度 cracklength a 试验过程中任何时间的裂纹总长度，为起始裂纹长度α。与疲劳载荷引起的裂纹长度增量之和。 注：以米(m)为单位。
3 GB/T41933—2022
3.17
疲劳裂纹增长率fatiguecrackgrowthrate da/dN 由疲劳载荷引起的裂纹扩展率，以每个周期的平均裂纹增长表示。 注：以米每周期(m/cycle)为单位。
3.18
标距长度gaugelength Lo 单边缺口拉伸（SENT)试样安装在试验机上的上、下夹具之间的自由距离。 注：以米(m)为单位。
3.19
失效周期数 numberofcyclestofailure N: 从试验开始到疲劳裂纹扩展至试样失效的周期总数。
3.20
失效时间 timetofailure tt 从试验开始到疲劳裂纹扩展至试样失效的总时间。 注：以小时(h)为单位。
4原理
在给定的试验条件下（试样形状、尺寸、缺口、最大载荷、最小载荷和施加载荷的周期频率等），施加恒定振幅的周期性拉伸载荷，使裂纹从缺口开始扩展。
试验过程中记录裂纹长度α及完成周期次数N。 由函数a（N)的微分得到疲劳裂纹增长率da/dN，为裂纹尖端的应力强度因子和能量释放率的
函数。
仅测定失效总周期数或失效时间时，可不测量裂纹长度。
5意义和用途
疲劳裂纹扩展性能，特别是疲劳裂纹增长率da/dN表示为裂纹尖端应力强度因子范围△K或能
量释放率范围△G的函数时，可表征材料抵抗周期性载荷下稳定裂纹扩展的能力[6,7。
将da/dN表示为△K或AG的函数可以使测定结果与试样几何形状无关，从而使不同规格尺寸试样和载荷条件下获得的数据具有可比性，也使da/dN和△K、△G数据应用于工程结构设计和评估中。 这意味着具有相同标称△K或△G的不同长度的裂纹在每个裂纹扩展周期内将以相等的增量扩展。
但由于厚度效应的影响，疲劳裂纹扩展数据与几何形状不完全无关；在其用于研究或设计时，不能
忽略厚度的影响。
材料的分子取向或结构的各向异性以及残余应力的存在能影响疲劳裂纹的扩展行为。当从半成品或成品中制备试样时，这些因素能显著影响结果。不规则的裂纹扩展，即裂纹前沿曲率半径过大或裂纹面外扩展，是各向异性或残余应力影响的结果。
本文件规定的方法能用于以下目的：
提供有代表性条件下的试验数据，并结合适当的断裂韧性试验数据（见GB/T41932一2022)和
a)
应力分析，确定周期性载荷下疲劳裂纹扩展对部件寿命的影响；
4 GB/T 41933—2022
b）建立耐破损应用领域材料的选择标准和检验要求； c）定量地确定材料结构、加工条件和施加的载荷对疲劳裂纹扩展的独立和共同作用影响； d) 采用加速试验的方法评估部件在静态疲劳载荷条件下的使用寿命及材料之间的对比，见附
录A。
6试样 6.1形状和尺寸 6.1.1标准试样
试验时能使用两种不同类型的试样：单边缺口拉伸（SENT)试样和紧凑拉伸（CT)试样，如图1和图2所示。
对于仅测定失效周期数或失效时间的试验，不需要测量裂纹长度，也可以使用GB/T32682规定的全缺口拉伸（FNT)试样和缺口圆棒(CRB)试样[6)。
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2/1
标引符号说明：
-SENT试样宽度； SENT试样长度； SENT试样厚度；一起始裂纹长度。
1, h ao SENT试样厚度h宜为：w/20 线的±0.01w范围内。
图1单边缺口拉伸（SENT)标准试样示意图
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