9-弹塑性力学-断裂力学基础

1、第八章断裂力学基础8.1概述1. 断裂(fracture):宏观裂纹(micro-cracks)扩展构件破断的过程2. 分类：韧性断裂(tenacity fracture)、脆性断裂(brittle fracture)3. 危害：过载断裂(over-load fracture)疲劳断裂(fatigue fracture)(低于设计载荷，85 % cases)4. 断裂力学(fracture mechanics):固体力学的一个分支。 材料从受载开始到断裂：微裂纹的形成扩展宏观裂纹产生=损伤力学(damage mechanics) -宏观裂纹扩展-构件破坏=断裂力学分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂

2、力学。Griffith脆断理论(成熟), 韧性断裂.韧性材料损伤力学正在发展。8. 2裂纹扩展（propagation of cracks）的基本类型I型（张开型）：正应力作用，裂纹扩展方向垂直于应力II型（滑开型）：剪应力作用，裂纹扩展方向平行于应力 in型（撕开型）：剪应力作用，裂纹线与应力方向一致复合型（叠加原理求解）仃）张开熨（口）滑开型（m瞒开型图8-1裂纹扩展的基本类型第八章断裂力学基础第八章断裂力学基础3裂纹尖端应力场I型裂纹尖端应力场6 0 30.crT = -L_ cos (1 - sm sm ) 、窈 2 '220 r .0.30、(7V = 1 cos (1 +

3、sm sm ) ”、岳 2 '22，ke . e 3dj -_cos sm cos ° 41 2 2 2其中ISBSm（通过Wester guard应力函数求解）同样可以求得其他两种裂纹尖端的应力场（略）。一般地，裂纹尖端的应力场可表示为：（有弹性区和塑性区）% = KpM 0)亿 j = x.y. z)(P= I 9 H，皿)第八章断裂力学基础第八章断裂力学基础& 4 应力强度因子(stress intensity factors)Kf/ = K JfJ Ty/TTCl应力强度因子 与坐标无关，是表征裂纹尖端附近应力场强度的参量; 与裂纹形状.尺寸.方向有关 与载荷

4、的大小及作用方式有关 与材料参数相关 物理意义：在断裂力学分析中人为引进的，反映裂纹尖端应力场强度的力学参量。作用：对裂纹尖端的应力.位移场的求解T求 量纲：叫力X 长度“（注意：与应力集中系数是两个不同的概念） 5 断裂准则(fracture criterion)0 > Kic (i = IJIJD)断裂韧度，表征材料抵抗裂纹扩展的抗力，由实验确定（平面应力型，平面应变型）。Kxc磁理！弍渝砌I禅鏤逊当试样厚度较小时，裂纹尖端处 于平面应力状态，相对塑性区较 大，裂纹扩展耗能高tKc高； 当试样厚度较大时，裂纹尖端处 于平面应变状态，相对塑性区较 小，裂纹扩展耗能KicK Ic （平面应变断裂韧度）。图8-2断裂韧度与试样厚度的关系8.6 KIC平面应变断裂韧度（fracture toughness）（I型裂纹断裂准则）Kg为材料常数，应与试样几何尺寸无关。但在测试时，应尽量增大试样厚 度以保证裂纹尖端处于平面应变状