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文档简介
1、8.1 概述概述1断裂(断裂(fracture):宏观裂纹):宏观裂纹(micro-cracks)扩展扩展构件破断的过程构件破断的过程2分类:韧性断裂分类:韧性断裂(tenacity fracture)、脆性断裂、脆性断裂(brittle fracture)3危害:过载断裂危害:过载断裂(over-load fracture) 疲劳断裂疲劳断裂(fatigue fracture)(低于设计载荷(低于设计载荷, 85% cases)4断裂力学断裂力学(fracture mechanics):固体力学的一个分支。:固体力学的一个分支。 材料从受载开始到断裂:材料从受载开始到断裂: 微裂纹的形成微裂
2、纹的形成扩展扩展宏观裂纹产生宏观裂纹产生损伤力学损伤力学(damage mechanics) 宏观裂纹扩展宏观裂纹扩展构件破坏构件破坏断裂力学断裂力学 分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。Griffith脆断理论(成熟),脆断理论(成熟),韧性断裂、韧性材料损伤力学正在发展。韧性断裂、韧性材料损伤力学正在发展。 8.2 8.2 裂纹扩展裂纹扩展(propagation of cracks) 的基本类型的基本类型型(张开型)型(张开型): 正应力作用,裂纹扩展方向垂直于应力正应力作用,裂纹扩展方向垂直于应力型(滑开型):剪应力作用,裂纹扩展方向平行于应力型(滑
3、开型):剪应力作用,裂纹扩展方向平行于应力型(撕开型):剪应力作用,裂纹线与应力方向一致型(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)复合型(叠加原理求解)8.3 8.3 裂纹尖端应力场裂纹尖端应力场 型裂纹尖端应力场型裂纹尖端应力场 其中其中 (通过(通过Westerguard 应力函数求解)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)。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:一般地,裂纹尖端的应力场可表示为: (有弹性区和塑性区)(有弹性区和塑性区) (p=,) ( , )( , , )ijpK f ri jx y
4、 z8.4 8.4 应力强度因子应力强度因子(stress intensity factors) 应力强度因子应力强度因子 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、方向有关与裂纹形状、尺寸、方向有关 与载荷的大小及作用方式有关与载荷的大小及作用方式有关 与材料参数相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。力学参量。作用:对裂纹尖端的应力、位移场的求解作用:对裂纹尖端的应力、位移场的求解求求量纲:量纲:Ki 力
5、力长度长度-3/2 (注意:与应力集中系数是两个不同的概念)(注意:与应力集中系数是两个不同的概念) 8.5 8.5 断裂准则断裂准则(fracture criterion) 断裂韧度,表征材料抵抗裂纹扩展的抗力,由实验确定(平面断裂韧度,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)。应力型,平面应变型)。 q 当试样厚度较小时,裂纹尖端处当试样厚度较小时,裂纹尖端处 于平面应力状态,相对塑性区较于平面应力状态,相对塑性区较 大,裂纹扩展耗能高大,裂纹扩展耗能高Kic高;高;q当试样厚度较大时,裂纹尖端处当试样厚度较大时,裂纹尖端处 于平面应变状态,相对塑性区较于平面应变状态,相对塑性区较 小,裂纹扩展耗能低小,裂纹扩展耗能低Kic低低Kc (平面应变断裂韧度平面应变断裂韧度)。 (I,II,III)KKiiic8.6 KIC平面应变断裂韧度平面应变断裂韧度(fracture toughness) KI = KIC(型裂纹断裂准则)型裂纹断裂准则) KIC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态。度以保证裂纹尖端处于平面应
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