即使是最坚固、最坚硬的土方材料——管道、钻头、军需品、大梁——也会开裂。亚博网站下载裂缝是失败的开始，但是失败会在什么时候发生，发生得有多剧烈?
增加材料的要求
世界要求更多的能量，更高的建筑，更长的管道，更快，更高的飞机。材料科学家已经用更强大和更耐用的金属回应，但每个人都会给予正确的环境，将破解。
我们比以往知道的更多，对材料的需求也更多。亚博网站下载越来越多的行业选择通过测试超出常规测试要求的材料性能来预防故障，而不是在问题发生时做出反应。亚博网站下载一种超越传统材料性能分析的测试是CTOD测试，该测试在石油和天然气行业越来越受欢迎。
裂纹尖端张开位移CTOD
裂纹尖端打开位移试验或CTOD是折断力学测试的一系列，其测量材料的抗性生长裂纹。类似的测试（即，DA / DN，K1C，KEE和J1C）可以确定材料的断裂电阻，但CTODIS特别适用于管道和钻井设备。app亚博体育CTOD试验用于确定延性材料的断裂力学性质，并且可以被认为是在骨折之前作为预先存在的疲劳裂纹的模拟开口。亚博网站下载由该开口产生的数据可用于关键缺陷评估，其中可以确定临界缺陷尺寸。
的CTOD试验过程
请注意，以下是简化版的CTOD测试流程，并没有涵盖测试的所有方面，比如个性化的测试规范。
CTOD测试可以分为4个主要步骤:
1.试件的加工(样品加工);
2.在规定限度内疲劳（预开裂）;
3.试件在受控条件下的断裂(Fracture);
4.对试件进行后期分析，获得CTOD值(数据分析)。
样品加工用于CTOD测试
与其他破坏性材料测试不同，CTOD测试有多个影响结果值的因素。不仅测试温度是一个变量，而且试样的尺寸也会影响结果，以及结果可以使用的条件。在进行试验时，使用试样的最大厚度是很重要的。一般来说，如果一种材料在给定的测试尺寸下满足TOD测试要求，那么可以推断出结果适用于更薄的截面，而不是更厚的截面。
图1。加工测试样品用于CTOD测试。
常用试样
对于石油和天然气工业中使用的结构材料和管材，最常亚博网站下载用的试样是矩形三点弯管或方形三点弯管。矩形三点弯曲是更好的，除非有有限的材料或表面缺口需要评估。
用于CTOD测试的检测术语
与其他破坏性材料测试一样，CTOD值可以根据测试的方向而变化。各种试验规范都有自己的术语来描述样品和缺口方向与晶粒流动或焊接方向有关。这种命名法通常与夏皮试验的命名法相同。
预疲劳裂纹的重要性
最终CTOD值的计算取决于试样表面的预疲劳裂纹深度。是不切实际的从实际试件表面疲劳裂纹,试样加工包括一个等级,这将作为疲劳裂纹的起始点和被包括在疲劳裂纹的总长度用于CTOD值的计算。
国家标准用于实际测试标准。
Pre-Cracking
试件加工完成后，在启动槽底部产生实际疲劳裂纹。这种裂纹必须有足够的长度，以绕过在加工过程中可能发生的任何塑性变形区域。裂纹长度一般是根据试样的尺寸、缺口的制造方法、缺口的宽度、缺口的形状和实际的时间限制确定的。从试样表面到裂纹尖端的总长度必须在给定的参数范围内。还必须考虑的其他因素包括相对于试样的裂缝角度和在暴露表面上看到的裂缝长度的差异。操作通常在室温的空气中进行。
使人劳累的样品
使试样疲劳需要一个最小和最大疲劳载荷。如果选择的诱发疲劳裂纹的载荷太低，那么疲劳时间可能会成为限制-或者，在极端情况下，可能不会产生裂纹。如果载荷过高，则可能产生一个塑性区，从而影响CTOD结果——或者，在极端情况下，样品可能过早断裂。国家标准规定了确保有效测试样品的标准，包括:最小至最大载荷比小于0.1，应力强度变化与材料模量有关，以及基于材料拉伸性能、试件尺寸和所用跨度的最大载荷。
图2。使CTOD测试样品疲劳。
起始与传播f疲劳裂纹
疲劳裂缝的启动和传播取决于样品的构型，裂缝长度和负载条件。该关系确定疲劳裂纹尖端处的应力强度因子（k），并且可以通过下面的公式确定三点弯曲：
[其中K为应力强度因子，F为荷载，S为跨度，B为试件厚度，W为试件宽度，a为裂纹长度]。
图3。CTOD试验样品的疲劳负载。
在疲劳过程中，W、B、S保持不变。该方程表明了裂纹长度、载荷和应力强度之间的确定关系。
裂纹的萌生和扩展
在CTOD试验中，为了启动和扩展疲劳裂纹，可以使用各种方法。
一个。恒定负载—荷载幅值不变(荷载)是最常见的情况。然而，对于扩展CTOD疲劳裂纹的目的，这不是最实际的。为了满足规范的有效性要求，荷载比的选择必须根据最终的裂缝长度来确定。结果表明，裂纹扩展速率随长度的增加而增大;然而，在裂纹长度的初始阶段，它将是缓慢的。这种方法可以延长裂纹生长所需长度的时间。
b。减少负载-通过计算给定裂纹长度的载荷限制，可以在高载荷下开始疲劳操作，并随着裂纹的增长将其降低到所需的极限。仔细地做，可以节省获得有效疲劳裂纹前沿的时间，但需要注意的是，降低载荷过大会导致裂纹扩展减慢甚至停止。在这种情况下，需要给定数量的疲劳循环来再次启动裂纹。
c。常数K.- CTOD样品在疲劳过程中，S, W, B保持不变。因此，裂纹长度、载荷和应力强度之间的关系可用于疲劳裂纹的扩展。由式中可以看出，保持应力强度的变化不变，载荷会随着裂纹长度的增加而成比例下降。
这种方法将导致随着裂纹的增长而产生均匀的载荷下降，并将防止使用b方法时可能发生的裂纹止裂。
可以将这三种方法结合起来进一步提高裂纹扩展的效率。通过从高K开始，并随着裂缝的扩展而减少K，可以在保持规范要求的同时减少裂缝扩展所需的时间。
跟踪裂纹长度
跟踪实际裂缝长度可以以多种方式完成，例如：
一个。可以对样品进行目测。用这种方法，只能确定裂纹外表面的长度。为了增强裂纹，采用染色渗透剂或磁导率等无损检测技术效果较好。
b。柔度技术依赖于一个五阶多项式，其中系数是基于试件的几何形状和材料特性。典型地，一个夹规附在样品的机加工开口，并电子记录开口，然后与裂纹长度有关。记录的长度可以用来自动调整载荷，根据方法决定的裂纹增长，导致平滑的载荷下降。
c。裂纹上的电势降取决于欧姆定律:随着裂纹的增长，电势也会增加。与柔顺技术一样，这种方法可以直接与负载控制相关联，因此可以提供平稳的负载过渡。
图4。跟踪CTOD试样的裂纹长度。
在执行疲劳操作的同时，重要的是要记住，只能测量外表面并确认。疲劳在样品内的平面上传播，并且在视觉上不能在视觉上确认长度，直到测试完成并且样品裂缝打开。合规性和潜在的下降技术可以提供有关疲劳裂缝内部情况的信息。
压力分布
在不存在均匀应力分布的材料(即焊接件)中，跨越疲劳裂纹前缘的长度方差增加。亚博网站下载在这些情况下，可能需要进行各种操作来产生线性裂纹前缘。样品侧面的预压和反向弯曲是最常用的两种技术。
裂缝正面检查
在完成疲劳操作后，必须对可见的裂纹前缘进行目视检查，以确保符合规范，例如从表面和两侧之间的长度公差，直线度和没有任何明显的表面分叉。
图5。骨折表面的检查可以提供有关已发生的故障类型的信息。
骨折
试件的实际断裂是在单调条件下进行的，这意味着试件在静态温度下承受不断增加的载荷直至断裂。
保持恒定的温度
骨折可能受到温度的影响，因此重要的是控制整个测试中的温度。用CO的液体酒精浴测试2作为冷却介质是实现这一目的最常见的方法之一。
压力强度因子
试验速率是由初始加载过程中应力强度因子的变化决定的。由式中可以看出，应力强度与载荷和裂纹长度有关。由于裂纹长度是在试样断裂后才能测量的，所以要等到试验完成后才能确定实际的测试率。必须使用估计的裂缝长度来确定测试率——实际测试率被确认在验证限度内。
在施加载荷的过程中，用夹规测量疲劳裂纹口的开口。这个开口是根据所施加的载荷绘制的。
图6。使用夹子计允许测量裂缝开口宽度。
数据分析
样品破碎后，科学家进行各种操作，以确定CTOD的类型和价值。
必须与裂缝口开口的载荷与负荷Vs的图一起检查裂缝面。由此，可以确定裂缝的类型。
裂纹骨折类型
存在三个主要的骨折类别：
一个。M -，断裂面出现撕裂，最终断裂发生在减小的载荷作用下
b。U -中，断裂面出现撕裂，最终断裂发生在增加的载荷下
c。在C -中，断裂面不呈现撕裂，最终断裂发生在增加的载荷下
图7。CTOD试验中的各种失效模式。
突然出现故障
第四种类型的故障可能会发生，这就是所谓的弹出式故障。在这种情况下，要么是载荷下降，要么是位移增加，或者两者都是，然后载荷恢复到超过初始条件。当弹出发生时，材料已经部分断裂;然而，剩余的配体足以承受负载的增加。通常可以在裂缝面上看到弹出式插入的原因。根据载荷和/或位移的变化来评估弹出式窗口的有效性。如果认为有效，则最终计算的CTOD值是基于弹出出现的荷载和位移。
应测量疲劳断裂和任何撕裂(仅在u型断裂的情况下)的长度。CTOD计算采用疲劳裂纹长度。
计算CTOD值
从绘图，确定裂缝开口的最大载荷和塑料部件（VP）用于CTOD计算。
CTOD值的计算公式如下:
是裂纹,F是负载,年代跨度,试样厚度,W试样宽度,裂缝长度,v毒药的比率,副总裁塑料组件对应于负载在关键事件,z是夹计高度和惹恼是产生在测试温度。
最终结果
当分析图形数据时，测量和检查的样本和计算的CTOD值，也必须评估结果的有效性。
如上所述，CTOD测试的一些有效性要求在测试完成之前无法确定。可以获得一个值，可能有一个最小的CTOD值和/或限制的断裂类型，但是，测试也必须是有效的。有可能得到一个值足够满足规格要求的结果，但仍然有一个无效的测试。同样，无效测试的结果可能低于要求。在这些情况下，不应使用所获得的结果，而应重复试验。
.png)
这些信息都是从Element materials Technology提供的材料中获取、审查和改编的。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问元素材料技术亚博网站下载．