疲劳与断裂力学绪论课件

疲劳与断裂力学康国政2012年10月疲劳与断裂力学康国政第一章绪论第一章绪论机械、结构等受力如何？如何运动？如何变形？破坏？如何控制设计？目的：

了解工程系统的性态并为其设计提供合理的规则。工程力学（或者应用力学）是:

将力学原理应用实际工程系统的科学。性态规则回顾机械、结构等受力如何？目的：工程力学（或者应用力学）是:受力如何？如何运动？

理论力学、振动理论等，研究对象为刚体；基本方程是平衡方程、运动方程等。如何变形？破坏？

材料力学、弹性力学、塑性力学等，研究对象为变形体；基本方程是平衡方程、物理方程、几何方程等。连续性假设受力如何？如何运动？理论力学、振动理论等，如何变形？破坏有缺陷怎么办？研究含缺陷材料的强度--断裂多次载荷作用下如何破坏？研究多次使用载荷作用下的破坏

--疲劳缺陷从何而来？材料固有或使用中萌生

--疲劳与断裂有缺陷怎么办？研究含缺陷材料的强度--断裂多次载荷作用按静强度设计，满足[]，为什么还发生破坏？19世纪30-40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处（应力仅为0.4ys）多次发生破坏1954年1月,英国慧星(Comet)号喷气客机坠入地中海（机身舱门拐角处开裂）按静强度设计，满足[]，为什么还发生破坏？19世纪31967年12月15日，美国西弗吉尼亚的PointPleasant桥倒塌，46人死亡1980年3月27日，英国北海油田Kielland号钻井平台倾复；127人落水只救起89人

二次大战期间，400余艘全焊接舰船断裂。主要原因是由缺陷或裂纹导致的断裂!1967年12月15日，美国西弗吉尼亚的Point

轴叶轮

疲劳断裂破坏轴

转子轴疲劳开裂

疲劳断裂破坏转子轴

飞机整机结构强度实验——机翼破坏实验

飞机整机结构强度实验——机身破坏实验飞机整机结构强度实验——机翼破坏实验飞机整机结构强静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式。控制疲劳强度、断裂强度的是什么？静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模什么是疲劳？应力定义为“单位面积上所承受的附加内力”。应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象

ASTME206-72什么是应力？

疲劳是在某点或某些点承受交变应力，且在足够多的循环作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。什么是疲劳？应力定义为“单位面积上所承受的附加内力”。AST研究目的：预测寿命。N=Ni+Np裂纹萌生+扩展疲劳问题的特点与研究目的：交变应力，高应力局部，裂纹，发展过程。特点：

只有在交变应力作用下，疲劳才会发生交变应力，是指随时间变化的应力。也可更一般地称为交变载荷，载荷可以是力、应力、应变、位移等。研究目的：预测寿命。N=Ni+Np裂纹萌生+扩展疲

破坏起源于高应力、高应变局部应力集中处，常常是疲劳破坏的起源。要研究细节处的应力应变。静载下的破坏，取决于结构整体；疲劳破坏则由应力或应变较高的局部开始，形成损伤并逐渐累积，导致破坏发生。可见，局部性是疲劳的明显特点。因此，要注意细节设计，研究细节处的应力应变，尽可能减小应力集中。破坏起源于高应力、高应变局部应力集中处，常常是疲劳破坏的起什么是断裂力学？断裂力学问题的提出

结构方面表观因素:缺陷、裂纹、工况有应力集中部位低温环境经典强度条件满足厚截面（平面应变、三轴）突然、灾难性

材料方面内在因素：材料性能及其变化抵抗裂纹扩展的能力低温－－脆断高强度钢－低应力脆断裂尖承载能力厚度承载能力构件的缺陷和裂纹是导致构件脆断的主要根源构件自身抵抗裂纹扩展的能力制约着构件裂纹扩展的难易程度什么是断裂力学？断裂力学问题的提出结构方面材料方面构件的传统材料力学的强度问题两大假设：均匀、连续传统材料力学的强度问题两大假设：均匀、连续断裂力学均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续断裂力学均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续疲劳与断裂力学康国政2012年10月疲劳与断裂力学康国政第一章绪论第一章绪论机械、结构等受力如何？如何运动？如何变形？破坏？如何控制设计？目的：

了解工程系统的性态并为其设计提供合理的规则。工程力学（或者应用力学）是:

将力学原理应用实际工程系统的科学。性态规则回顾机械、结构等受力如何？目的：工程力学（或者应用力学）是:受力如何？如何运动？

理论力学、振动理论等，研究对象为刚体；基本方程是平衡方程、运动方程等。如何变形？破坏？

材料力学、弹性力学、塑性力学等，研究对象为变形体；基本方程是平衡方程、物理方程、几何方程等。连续性假设受力如何？如何运动？理论力学、振动理论等，如何变形？破坏有缺陷怎么办？研究含缺陷材料的强度--断裂多次载荷作用下如何破坏？研究多次使用载荷作用下的破坏

--疲劳缺陷从何而来？材料固有或使用中萌生

--疲劳与断裂有缺陷怎么办？研究含缺陷材料的强度--断裂多次载荷作用按静强度设计，满足[]，为什么还发生破坏？19世纪30-40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处（应力仅为0.4ys）多次发生破坏1954年1月,英国慧星(Comet)号喷气客机坠入地中海（机身舱门拐角处开裂）按静强度设计，满足[]，为什么还发生破坏？19世纪31967年12月15日，美国西弗吉尼亚的PointPleasant桥倒塌，46人死亡1980年3月27日，英国北海油田Kielland号钻井平台倾复；127人落水只救起89人

二次大战期间，400余艘全焊接舰船断裂。主要原因是由缺陷或裂纹导致的断裂!1967年12月15日，美国西弗吉尼亚的Point

轴叶轮

疲劳断裂破坏轴

转子轴疲劳开裂

疲劳断裂破坏转子轴

飞机整机结构强度实验——机翼破坏实验

飞机整机结构强度实验——机身破坏实验飞机整机结构强度实验——机翼破坏实验飞机整机结构强静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式。控制疲劳强度、断裂强度的是什么？静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模什么是疲劳？应力定义为“单位面积上所承受的附加内力”。应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象

ASTME206-72什么是应力？

疲劳是在某点或某些点承受交变应力，且在足够多的循环作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。什么是疲劳？应力定义为“单位面积上所承受的附加内力”。AST研究目的：预测寿命。N=Ni+Np裂纹萌生+扩展疲劳问题的特点与研究目的：交变应力，高应力局部，裂纹，发展过程。特点：

只有在交变应力作用下，疲劳才会发生交变应力，是指随时间变化的应力。也可更一般地称为交变载荷，载荷可以是力、应力、应变、位移等。研究目的：预测寿命。N=Ni+Np裂纹萌生+扩展疲

破坏起源于高应力、高应变局部应力集中处，常常是疲劳破坏的起源。要研究细节处的应力应变。静载下的破坏，取决于结构整体；疲劳破坏则由应力或应变较高的局部开始，形成损伤并逐渐累积，导致破坏发生。可见，局部性是疲劳的明显特点。因此，要注意细节设计，研究细节处的应力应变，尽可能减小应力集中。破坏起源于高应力、高应变局部应力集中处，常常是疲劳破坏的起什么是断裂力学？断裂力学问题的提出

结构方面表观因素:缺陷、裂纹、工况有应力集中部位低温环境经典强度条件满足厚截面（平面应变、三轴）突然、灾难性

材料方面内在因素：材料性能及其变化抵抗裂纹扩