CTOD裂纹|NM400|开口位移

CTOD的全称是裂纹|NM400|开口位移（Crack Tip Opening Displacement），CTOD测试通过测算材料中预制裂纹失稳扩展前裂纹|NM400|张开距离的临界值（通常用δc表示）来表征材料抵抗已有裂纹启裂（Crack Initiation）的能力——即材料的断裂韧性（Fracture Toughness）。

在了解断裂韧性之前，有必要先澄清一下什么是材料的韧性:

韧性和断裂韧性

通常说一个人有韧性，就是说这个人有很强的耐挫抗压能力，能扛得住事儿。

与之类似，材料有韧性就是说材料能耐受变形而不断裂。从材料物理的角度，韧性（Toughness）在是指材料在变形和断裂过程中吸收能量的能力。

延性断裂与脆性断裂拉伸断口
那么什么叫断裂韧性？首先必须清楚一点，所有材料或零件都不可能是|NM400|无暇的。材料的生产加工流程都有可能向材料表面或内部引入缺陷。在服役期间，材料也可能受载荷和环境的影响而出现缺陷。在服役期间材料表现出的机械性能很大程度上受到这类缺陷的影响。断裂韧性就是用来表征材料在已有缺陷的前提下，抵抗脆断的能力。

CTOD测试
夏比缺口冲击测试（Charpy Notched Impact Test）是提供材料韧性信息最常用的方法。但利用冲击测试表征韧性存在一定的局限性，例如其加载过程近似瞬时完成，且冲击测试样品仅包含缺口，不涉及已知裂纹。另外，冲击样品的尺寸一般为10mm*10mm*55mm。对于厚度超出10mm的材料则无法通过全厚度试样表征韧性。而CTOD测试可以模拟真实条件下的加载方式和加载速度，并在缺口槽|NM400|引入疲劳裂纹。此外，CTOD测试可取全厚度试样。因此，CTOD测试在模拟材料真实服役条件方面更具优势，也更能准确表征材料对抗由已存缺陷引发脆断的能力。


CTOD测试步骤
CTOD测试主要可以分为4个步骤:
1. 样品加工;
2. 预制疲劳裂纹;
3. 样品在受控条件下发生断裂（三点弯曲SENB或紧凑拉伸C(T)方式）;
4. 数据分析，得到CTOD值，必要时进行断口形貌分析。
对于钢铁材料，CTOD测试通常使用单侧开槽弯曲（SENB）试样，并利用三点弯曲进行加载。加载过程中同时记录加载力和裂纹张开位移。一般钢铁材料的韧性较好，在载荷作用下，裂纹|NM400|会经历由弹性变形到塑性变形的过程，直到裂纹宽度达到临界值。此时裂纹开始失稳扩展，形成新的表面而释放能量。这可能导致材料或零件的部分或完全失效——在工程上属于最危险的失效。CTOD测试的目的就是测算裂纹失稳扩展时，裂纹|NM400|开口的临界值δc。