断裂力学培训课程

1、国际焊接学会授权的培训机构国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body断裂力学断裂力学Introduction to fracture mechanics IIW Authorized Training Body主要内容主要内容 疲劳和脆性断裂疲劳和脆性断裂 线弹性断裂力学线弹性断裂力学 断裂力学的应

2、用断裂力学的应用 疲劳强度的基本概念疲劳强度的基本概念 影响焊接接头疲劳强度的因素影响焊接接头疲劳强度的因素 提高焊接结构疲劳强度的措施提高焊接结构疲劳强度的措施IIW Authorized Training Body1.1载荷的分类与破坏形式载荷的分类与破坏形式 结构承受载荷的性质、大小、方向、作用位置结构承受载荷的性质、大小、方向、作用位置中一项或多项不断变化（疲劳）或变化过大、过速中一项或多项不断变化（疲劳）或变化过大、过速（冲击）的情况都属于动载。（冲击）的情况都属于动载。1概述概述IIW Authorized Training Body 疲劳是结构失效的基本形式，约占结构失效总量疲劳

3、是结构失效的基本形式，约占结构失效总量的的8090 。冲击载荷容易造成结构的脆性破坏。冲击载荷容易造成结构的脆性破坏。造成脆性破坏，或加速疲劳破坏的原因可能是结构造成脆性破坏，或加速疲劳破坏的原因可能是结构形式不佳（如应力集中严重）或结构工作环境的恶形式不佳（如应力集中严重）或结构工作环境的恶化（如环境温度变得过低，使材料材质变脆；或环化（如环境温度变得过低，使材料材质变脆；或环境介质腐蚀性强，使结构缺陷加深增大）等。疲劳境介质腐蚀性强，使结构缺陷加深增大）等。疲劳破坏和脆性破坏都属于低应力破坏，发生破坏时的破坏和脆性破坏都属于低应力破坏，发生破坏时的工作应力可能只有结构材料屈服极限的工作应力

4、可能只有结构材料屈服极限的1/2，1/5，1/10，甚至没有外载荷。，甚至没有外载荷。IIW Authorized Training Body1.2结构脆性断裂的特点结构脆性断裂的特点 名义工作应力低名义工作应力低: 只有材料的只有材料的1/31/10，甚至外，甚至外载荷等于零。载荷等于零。 断裂之前无明显塑性变形，无征兆，突发断裂。断裂之前无明显塑性变形，无征兆，突发断裂。 低应力脆性破坏多发生在低温阴冷的时刻。低应力脆性破坏多发生在低温阴冷的时刻。 发生低应力脆性断裂的结构内，多半存在着较大发生低应力脆性断裂的结构内，多半存在着较大的内应力，有较高的内能。的内应力，有较高的内能。 发生低应

5、力脆性断裂的结构上，必有裂源或应力发生低应力脆性断裂的结构上，必有裂源或应力集中点存在。脆性断裂对缺陷和应力集中很敏感。集中点存在。脆性断裂对缺陷和应力集中很敏感。前三个特点，让人猝不及防，容易造成严重危害前三个特点，让人猝不及防，容易造成严重危害;后后两个特点，反映了低应力脆性断裂的必然性。两个特点，反映了低应力脆性断裂的必然性。IIW Authorized Training Body1.3结构发生脆性断裂的原因和条件结构发生脆性断裂的原因和条件（金属结构脆性断裂的能量理论）（金属结构脆性断裂的能量理论） 固体内部的裂纹和缺陷，导致其发生低应力脆固体内部的裂纹和缺陷，导致其发生低应力脆性断裂

6、。使材料的实际断裂强度只有其理论强度的性断裂。使材料的实际断裂强度只有其理论强度的1/10 1/1000。 IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body 表示能量的需要表示能量的需要释放，不能释放，不能自动扩展自动扩展 即，表示结构处于临界状态即，表示结构处于临界状态 表示表示释放释放的能量需要的能量需要，裂纹自动扩展，多裂纹自动扩展，多余的能量以声、光、热等形式释放出来，造成灾余的能量以声、光、热等形式释放出来，造

7、成灾难。难。IIW Authorized Training Body两点结论：两点结论： 由能量原理可以看出，拉应力由能量原理可以看出，拉应力（可能包括外载（可能包括外载引起的拉应力和内部残余拉应力）是裂纹产生和扩展引起的拉应力和内部残余拉应力）是裂纹产生和扩展的动力，拉应力及缺陷的大小直接影响裂纹萌生和扩的动力，拉应力及缺陷的大小直接影响裂纹萌生和扩展的速度。展的速度。 阻止裂纹扩展的主要因素是压应力和材料的塑性阻止裂纹扩展的主要因素是压应力和材料的塑性变形。变形。IIW Authorized Training Body1.4 影响金属结构延、脆性断裂的主要因素影响金属结构延、脆性断裂的主要

8、因素（产生脆性断裂的原因）（产生脆性断裂的原因）1.4.1内在抗力因素内在抗力因素 材质因素材质因素 根据上述理论，金属结构的延性或塑根据上述理论，金属结构的延性或塑性变形是裂纹扩展的主要障碍。性变形是裂纹扩展的主要障碍。 金属的化学成分及其晶粒度金属的化学成分及其晶粒度增韧元素：增韧元素：Mn、Ni、Cr、Mo、V等等,有提高强有提高强度，细化晶粒，增加韧性的作用。度，细化晶粒，增加韧性的作用。致脆元素：致脆元素：C、S、P、H、O、N等，容易偏析，等，容易偏析，降低强度，有脆化作用。降低强度，有脆化作用。IIW Authorized Training Body 延延/脆脆 转变温度高（如图

9、），容易发生脆性断裂。转变温度高（如图），容易发生脆性断裂。化学成分和晶粒度，对转变温度的高低影响较大。化学成分和晶粒度，对转变温度的高低影响较大。 材质缺陷（气孔、疏松、偏析、夹杂、夹渣、夹层、材质缺陷（气孔、疏松、偏析、夹杂、夹渣、夹层、裂纹、伤痕、咬肉裂纹、伤痕、咬肉等）是产生应力集中的根源；等）是产生应力集中的根源；缺陷较多、较大或处在拉应力区，则影响较大；垂缺陷较多、较大或处在拉应力区，则影响较大；垂直拉应力的片状缺陷，特别裂纹影响最大。直拉应力的片状缺陷，特别裂纹影响最大。IIW Authorized Training Body 结构因素：结构形体、尺寸等影响应力大小、结构因素：结

10、构形体、尺寸等影响应力大小、分布的因素；分布的因素； 结构表面形状的突变较大，则应力结构表面形状的突变较大，则应力集中严重；突变处的局部刚度过大，则使结构对应集中严重；突变处的局部刚度过大，则使结构对应力集中敏感力集中敏感等。这些都是促成结构脆性破坏的重要等。这些都是促成结构脆性破坏的重要原因。原因。 内部应力：焊接内应力、构件之间的拘束应力、内部应力：焊接内应力、构件之间的拘束应力、温差应力、各种冷热加工应力等在结构中造成过大的温差应力、各种冷热加工应力等在结构中造成过大的拉伸内应力。这与过大的外载荷一样，均能促成结构拉伸内应力。这与过大的外载荷一样，均能促成结构的脆性破坏。的脆性破坏。II

11、W Authorized Training Body1.4.2外在客观因素外在客观因素 应力状态应力状态 物体承载时，在包含分析点的单元体上，物体承载时，在包含分析点的单元体上，三个正应力和三个剪应力的大小，会因单元体方向的三个正应力和三个剪应力的大小，会因单元体方向的变化而变化。变化而变化。 不同加载方式的应力状态不同加载方式的应力状态maxmaxIIW Authorized Training Body 结构表面形状突变和金结构表面形状突变和金属内部缺陷，特别是垂直属内部缺陷，特别是垂直主应力方向的片状缺陷、主应力方向的片状缺陷、裂纹等，在裂纹尖端或在裂纹等，在裂纹尖端或在应力集中点，会形成

12、三向应力集中点，会形成三向拉伸的应力状态。内因、拉伸的应力状态。内因、外因结合，造成名义工作外因结合，造成名义工作应力很低时，发生脆性破应力很低时，发生脆性破坏。其实低应力脆性断裂，坏。其实低应力脆性断裂，裂纹尖端应力并不低裂纹尖端应力并不低。 IIW Authorized Training Body 材料的塑性较好，即材料材料的塑性较好，即材料D1的屈服点与材料的正的屈服点与材料的正断抗力的比值较小时，材料容易发生塑性变形。这有断抗力的比值较小时，材料容易发生塑性变形。这有三点好处：三点好处： 一可以促使应力集中点的应力均匀化，降低应力集一可以促使应力集中点的应力均匀化，降低应力集中的作用；

13、中的作用；二可使内应力重新分布，减小残余内应力的大小和影二可使内应力重新分布，减小残余内应力的大小和影响；响；三三 可通过一定的塑性变形位移，使外力做功，消耗可通过一定的塑性变形位移，使外力做功，消耗一部分内能，减小脆性破坏的危险性。一部分内能，减小脆性破坏的危险性。IIW Authorized Training Body 否则，如果材料的塑性较差，如否则，如果材料的塑性较差，如D2，在外力增大，在外力增大时，就会在金属缺陷部位，逐渐积累起较大的弹性变时，就会在金属缺陷部位，逐渐积累起较大的弹性变形能，一旦条件成熟，裂纹扩展，积累起来的弹性变形能，一旦条件成熟，裂纹扩展，积累起来的弹性变形能释

14、放出来，就会成为裂纹失稳扩展的动力，形成形能释放出来，就会成为裂纹失稳扩展的动力，形成瞬间发生的脆性断裂。瞬间发生的脆性断裂。 以上三点中，是加载方式，属外因；、反以上三点中，是加载方式，属外因；、反映结构抗力，属内因；是否脆断，须综合分析。映结构抗力，属内因；是否脆断，须综合分析。IIW Authorized Training Body 环境温度环境温度 低温会降低金属材料抗脆断的能力。低温会降低金属材料抗脆断的能力。 温度较高会增大金属原子的活力，容易发生塑性变温度较高会增大金属原子的活力，容易发生塑性变形，不易产生脆性断裂。形，不易产生脆性断裂。 低温会使金属材料变脆，发生（延低温会使金

15、属材料变脆，发生（延/脆）转变，脆脆）转变，脆断多发生在低温时。断多发生在低温时。 加载速率加载速率 正应力反映金属内部弹性变形的大小。正应力反映金属内部弹性变形的大小。正应力以声速（高度）在金属介质（钢）中传播，正应力以声速（高度）在金属介质（钢）中传播，而塑性变形只能以比较缓慢的速度传播。以冲击等而塑性变形只能以比较缓慢的速度传播。以冲击等高速加载方式加载时，常常来不及产生塑性变形，高速加载方式加载时，常常来不及产生塑性变形，而发生脆性断裂了。注意，表面形状突变、缺陷、而发生脆性断裂了。注意，表面形状突变、缺陷、裂纹等造成应力集中，同样具有增大加载、应变速裂纹等造成应力集中，同样具有增大加

16、载、应变速率作用。所以，应力集中是促成脆性断裂重要因素。率作用。所以，应力集中是促成脆性断裂重要因素。IIW Authorized Training Body1.5预防脆性断裂的措施预防脆性断裂的措施造成低应力脆性断裂的主要原因，可概括为两点：造成低应力脆性断裂的主要原因，可概括为两点： 材料在工作条件下的韧性不足；材料在工作条件下的韧性不足； 缺陷的存在和过大的拉应力（包括工作应力、缺陷的存在和过大的拉应力（包括工作应力、残余应力、附加应力和应力集中等）。针对这两点，残余应力、附加应力和应力集中等）。针对这两点，预防措施有四条：预防措施有四条：IIW Authorized Training

17、Body1.5.1正确选择材料正确选择材料 按照使用要求，对材料的强度要求较高时，对其按照使用要求，对材料的强度要求较高时，对其塑性韧性的要求也较高。但实际结构材料及其生产制塑性韧性的要求也较高。但实际结构材料及其生产制造工艺所能达到情况却与需求相反，材料强度较低时，造工艺所能达到情况却与需求相反，材料强度较低时，常有较大的塑性储备，而材料强度较高时，塑性韧性常有较大的塑性储备，而材料强度较高时，塑性韧性却明显不足。却明显不足。IIW Authorized Training Body 焊接接头难免有焊接缺陷。焊接接头难免有焊接缺陷。 低强材料的焊接接头，采用高低强材料的焊接接头，采用高组配，是

18、高强度组配，承载后母组配，是高强度组配，承载后母材屈服时，焊缝的变形仍然很小，材屈服时，焊缝的变形仍然很小，不易发生径缩，虽然焊缝中可能不易发生径缩，虽然焊缝中可能有缺陷，仍能保证接头与母材等有缺陷，仍能保证接头与母材等强度。强度。IIW Authorized Training Body 高强材料的焊接接头采用低组配，高强材料的焊接接头采用低组配，这实际上，是高韧性组配，焊缝材料这实际上，是高韧性组配，焊缝材料化学成分纯度高，杂质少，韧性好，化学成分纯度高，杂质少，韧性好，接头承载时，焊缝金属和母材相比，接头承载时，焊缝金属和母材相比，有一定的塑性变形能力，有利于减小有一定的塑性变形能力，有利

19、于减小缺陷或应力集中的影响，促使应力均缺陷或应力集中的影响，促使应力均匀化，推迟裂纹的萌生，减缓裂纹的匀化，推迟裂纹的萌生，减缓裂纹的扩展。另外，高韧性，低组配的焊接扩展。另外，高韧性，低组配的焊接接头，工艺性好，焊接缺陷少。焊缝接头，工艺性好，焊接缺陷少。焊缝宽度较窄时（窄间隙焊接），高韧性，宽度较窄时（窄间隙焊接），高韧性，低组配的焊接接头能与母材等强度。低组配的焊接接头能与母材等强度。IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body1.5.2正确设计正确设计 尽量采用合理的结构形式去提高结构的强度、尽量采用合理的结构形式去提

20、高结构的强度、刚度等承载能力，盲目加厚、加大构件尺寸，并非刚度等承载能力，盲目加厚、加大构件尺寸，并非明智之举。厚度大，则冶金缺陷较多，容易引起三明智之举。厚度大，则冶金缺陷较多，容易引起三向应力和应力集中。向应力和应力集中。IIW Authorized Training Body 尽量减小结构和焊接接头部位的应力集中尽量减小结构和焊接接头部位的应力集中 尽量采用应力集中系数较小的对接接头，并注意开尽量采用应力集中系数较小的对接接头，并注意开缓和槽，做到圆滑过渡，必要时可以修磨平滑。缓和槽，做到圆滑过渡，必要时可以修磨平滑。IIW Authorized Training Body 尽量避免接头

21、区局部刚度过大，局部刚度越大，尽量避免接头区局部刚度过大，局部刚度越大，对应力集中越敏感。对应力集中越敏感。 注意结构中次要元件的质量。次要附件的结构形注意结构中次要元件的质量。次要附件的结构形式不好或焊接质量不好，也可能引起主干结构的破坏。式不好或焊接质量不好，也可能引起主干结构的破坏。原设计原设计 改进后的方案改进后的方案 IIW Authorized Training Body1.5.3合理安排结构制造工艺合理安排结构制造工艺 合理选择焊接材料、焊接方法和焊接工艺参量合理选择焊接材料、焊接方法和焊接工艺参量控制焊接线能量，尽量减少、减小工艺缺陷。控制焊接线能量，尽量减少、减小工艺缺陷。

22、严格生产管理和产品检验制度，把工艺缺陷严格生产管理和产品检验制度，把工艺缺陷（引弧、息弧弧坑、夹渣、咬肉（引弧、息弧弧坑、夹渣、咬肉等）消灭在生产过等）消灭在生产过程中。不可随意在工件上焊附件，去掉时要磨平。程中。不可随意在工件上焊附件，去掉时要磨平。 采用过载拉伸、热处理等适当的措施，消除或采用过载拉伸、热处理等适当的措施，消除或改善结构的残余应力分布。改善结构的残余应力分布。 妥善保管产品成品、半成品，避免造成附加应妥善保管产品成品、半成品，避免造成附加应力，温度应力等。力，温度应力等。IIW Authorized Training Body1.5.4正确使用，精心维护正确使用，精心维护

23、注意工作环境防腐，防止环境温差造成内应力，注意工作环境防腐，防止环境温差造成内应力，防止结构重要部位受到急冷的袭击。防止结构重要部位受到急冷的袭击。IIW Authorized Training Body2.1断裂力学的概念、任务及研究对象断裂力学的概念、任务及研究对象 常规的强度计算方法中，以常规的强度计算方法中，以b、s来衡量材料的抗来衡量材料的抗断能力，并把材料抽象为均质、连续和各向同性的，断能力，并把材料抽象为均质、连续和各向同性的，不计算材料内部缺陷、内应力、表面应力集中的作用，不计算材料内部缺陷、内应力、表面应力集中的作用，而以安全系数统筹考虑它们的影响。而以安全系数统筹考虑它们的

24、影响。 近代高强合金材料大量涌现，强度越来越高，结近代高强合金材料大量涌现，强度越来越高，结构越来越轻巧，但材料的塑性储备越来越小，对缺陷、构越来越轻巧，但材料的塑性储备越来越小，对缺陷、应力集中、内应力的影响越来越敏感，低应力脆性破应力集中、内应力的影响越来越敏感，低应力脆性破坏事故屡屡发生，给人类造成巨大损失，断裂力学应坏事故屡屡发生，给人类造成巨大损失，断裂力学应运而生。运而生。2断裂力学及其在焊接中的应用断裂力学及其在焊接中的应用IIW Authorized Training Body2.1.1断裂力学的概念和任务断裂力学的概念和任务 断裂力学即裂纹体力学，是专门研究裂纹体中，断裂力学

25、即裂纹体力学，是专门研究裂纹体中，裂纹在萌生、扩展中的力学理论及其应用问题的科学。裂纹在萌生、扩展中的力学理论及其应用问题的科学。这里所指的裂纹是广义的，材料中的微小缺陷，也被这里所指的裂纹是广义的，材料中的微小缺陷，也被视作微裂纹。视作微裂纹。 研究表明，结构的脆性破坏，与名义工作应力关研究表明，结构的脆性破坏，与名义工作应力关系不大，直接取决于临近缺陷位置的局部应力和应力系不大，直接取决于临近缺陷位置的局部应力和应力集中程度。结构的低（工作）应力破坏是由宏观裂纹集中程度。结构的低（工作）应力破坏是由宏观裂纹的扩展而引发的。的扩展而引发的。 断裂力学通过研究裂纹尖端局部区域的应力、应断裂力学

26、通过研究裂纹尖端局部区域的应力、应变（方向、大小、分布）情况，了解裂纹在应力作用变（方向、大小、分布）情况，了解裂纹在应力作用下的扩展规律，以确定带裂纹构件（即裂纹体）的承下的扩展规律，以确定带裂纹构件（即裂纹体）的承载能力或使用寿命，保证构件安全工作。载能力或使用寿命，保证构件安全工作。IIW Authorized Training Body 裂纹扩展有稳定扩展（又称亚临界扩展）和不稳裂纹扩展有稳定扩展（又称亚临界扩展）和不稳定扩展（失稳扩展）两种：定扩展（失稳扩展）两种： 裂纹只有不断接受裂纹只有不断接受外界能量，才会扩展的情况，如疲劳裂纹扩展，称外界能量，才会扩展的情况，如疲劳裂纹扩展，

27、称为稳定扩展；为稳定扩展； 勿须外界提供能量，裂纹就能快勿须外界提供能量，裂纹就能快速扩展的情况（如低应力脆性断裂）称为失稳扩展。速扩展的情况（如低应力脆性断裂）称为失稳扩展。IIW Authorized Training Body裂纹失稳扩展的原因：裂纹失稳扩展的原因： 裂纹较长，裂纹尖端应力集中严重，裂尖区域成为裂纹较长，裂纹尖端应力集中严重，裂尖区域成为三向拉伸的脆性应力状态；三向拉伸的脆性应力状态； 裂纹扩展中释放的弹性应变能随裂纹长度递增，形裂纹扩展中释放的弹性应变能随裂纹长度递增，形成失稳状态，并放出多余能量。临界裂纹尺寸的大成失稳状态，并放出多余能量。临界裂纹尺寸的大小随裂纹体的

28、应力水平，或随裂尖区域应力场场强小随裂纹体的应力水平，或随裂尖区域应力场场强的增大而减小。的增大而减小。 断裂力学的任务在于：断裂力学的任务在于： 研究宏观裂纹在什么条研究宏观裂纹在什么条件下，才会导致失稳扩展，引发脆性断裂；件下，才会导致失稳扩展，引发脆性断裂； 建立建立裂纹尺寸与破坏应力之间的关系。这对结构安全设裂纹尺寸与破坏应力之间的关系。这对结构安全设计、合理选材、改进材质和施工工艺，以及制定裂计、合理选材、改进材质和施工工艺，以及制定裂纹体力学的概念标准等都有重要意义。纹体力学的概念标准等都有重要意义。IIW Authorized Training Body2.1.2断裂力学按研究对

29、象分类断裂力学按研究对象分类 理想弹性材料理想弹性材料 线弹性断裂力学，首先将材料当作理想的线弹性体线弹性断裂力学，首先将材料当作理想的线弹性体来研究断裂机理，即研究裂纹体的应力应变状态和裂来研究断裂机理，即研究裂纹体的应力应变状态和裂纹扩展规律。对此研究结果稍作修整，可用于裂纹尖纹扩展规律。对此研究结果稍作修整，可用于裂纹尖端产生小范围屈服的研究，在工程实践中应用于超高端产生小范围屈服的研究，在工程实践中应用于超高强度钢、厚截面的中强度钢结构，其塑性变形小；对强度钢、厚截面的中强度钢结构，其塑性变形小；对中低强度钢的结构，作修改后，可作近似估计。中低强度钢的结构，作修改后，可作近似估计。 弹

30、塑性材料弹塑性材料 非线性断裂力学，用弹塑性线性理论，来分析裂纹非线性断裂力学，用弹塑性线性理论，来分析裂纹尖端存在塑性变形的区域，并分析其断裂破坏机理，尖端存在塑性变形的区域，并分析其断裂破坏机理，可用于中、低强度，并具有较大韧性的材料。可用于中、低强度，并具有较大韧性的材料。IIW Authorized Training Body2.2线弹性断裂力学简介线弹性断裂力学简介2.2.1应力强度因子应力强度因子 超高强度钢或较厚的高强度材料，断裂前的变形基超高强度钢或较厚的高强度材料，断裂前的变形基本上是弹性变形，没有明显的塑性变形发生，一般称本上是弹性变形，没有明显的塑性变形发生，一般称这些材

31、料为脆性材料或称其应力状态为脆性应力状态。这些材料为脆性材料或称其应力状态为脆性应力状态。线弹性断裂力学认为：材料脆性断裂之前基本上是弹线弹性断裂力学认为：材料脆性断裂之前基本上是弹性变形，应力和应变之间是线性关系，在这样的条件性变形，应力和应变之间是线性关系，在这样的条件下，可以用材料力学、弹性力学来分析裂纹扩展规律。下，可以用材料力学、弹性力学来分析裂纹扩展规律。 IIW Authorized Training Body在名义正应力作用下，处于弹性平衡状态时，反映裂纹尖端附在名义正应力作用下，处于弹性平衡状态时，反映裂纹尖端附近应力场强度的力学参量，称为应力强度因子，裂纹扩展类型近应力场强

32、度的力学参量，称为应力强度因子，裂纹扩展类型属型属型I，故用，故用K1表示。表示。 IIW Authorized Training Body2.2.2裂纹扩展类型裂纹扩展类型裂纹是引发结构脆性断裂的主要因素，常见裂纹可分为：穿裂纹是引发结构脆性断裂的主要因素，常见裂纹可分为：穿透裂纹、表面裂纹、内部裂纹三种。透裂纹、表面裂纹、内部裂纹三种。张开型裂纹容易扩展，最常见，又最危险，这种类型的低应张开型裂纹容易扩展，最常见，又最危险，这种类型的低应力脆断问题研究的较多。力脆断问题研究的较多。IIW Authorized Training Body2.2.3简化断裂力学计算的两种特殊情况简化断裂力学计

33、算的两种特殊情况 平面应力状态：平面应力状态： 任何弹性物体受力时，都存在三维应力、应变任何弹性物体受力时，都存在三维应力、应变问题。若无限大薄板，板面外没有施力物体，则问题。若无限大薄板，板面外没有施力物体，则表面；薄板厚度方向拘束很小，内部，基本属于表面；薄板厚度方向拘束很小，内部，基本属于平面应力状态。平面应力状态。 IIW Authorized Training Body0zozoz 平面应变状态：平面应变状态：沿大厚度板板面方向，作用拉伸载荷，板面内（即沿大厚度板板面方向，作用拉伸载荷，板面内（即X、Y方向）的应力及其弹性应变是主要的；厚板中方向）的应力及其弹性应变是主要的；厚板中层

34、，厚度层，厚度Z方向的拘束不能忽略，即方向的拘束不能忽略，即形成三向拉伸状态，很难产生塑性变形小，形成三向拉伸状态，很难产生塑性变形小，近乎平面应变状态；近乎平面应变状态；断裂力学假定把受力的弹性裂纹体上、下表面（断裂力学假定把受力的弹性裂纹体上、下表面（Z方向）固定起来，使方向）固定起来，使Z方向不能收缩，即方向不能收缩，即的情况称为平面应变状态。的情况称为平面应变状态。IIW Authorized Training Body2.2.4线弹性断裂力学的应用方法线弹性断裂力学的应用方法张开型裂纹在平面应变条件下，最容易产生失稳扩展。张开型裂纹在平面应变条件下，最容易产生失稳扩展。现在重点分析张

35、开型裂纹尖端的应力强度因子现在重点分析张开型裂纹尖端的应力强度因子1。1与应力大小成正比，是反映裂尖区域应力场强度的力与应力大小成正比，是反映裂尖区域应力场强度的力学参数。构件中的裂纹，在外力作用下，逐渐长大。学参数。构件中的裂纹，在外力作用下，逐渐长大。与此同时，构件裂尖应力强度因子与此同时，构件裂尖应力强度因子1也随之逐渐增大。也随之逐渐增大。当当1达到临界之后。构件中的裂纹将突然失稳扩展。达到临界之后。构件中的裂纹将突然失稳扩展。应力强度因子的这个临界值，称为临界应力强度因子，应力强度因子的这个临界值，称为临界应力强度因子，用用1c表示，它就是材料的断裂韧性，它反映材料抵表示，它就是材料

36、的断裂韧性，它反映材料抵抗脆性断裂，或裂纹失稳扩展的能力。平面应变条件抗脆性断裂，或裂纹失稳扩展的能力。平面应变条件下，材料抵抗脆性断裂的判据是：下，材料抵抗脆性断裂的判据是：IIW Authorized Training BodyCKK11材料断裂韧性的值材料断裂韧性的值KIC，通过试验求得，通过试验求得，K1C与试件的与试件的几何尺寸（板厚）形状、受力情况、环境温度等因素几何尺寸（板厚）形状、受力情况、环境温度等因素有关。有关。IIW Authorized Training Body2.2.5线弹性断裂力学的应用范围及其在小塑性区的线弹性断裂力学的应用范围及其在小塑性区的近似应用近似应用线弹性断裂力学只适用于线弹性体，而实际金属材线弹性断裂力学只适用于线弹性体