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1、材料的断裂介绍第1页，本讲稿共10页张开型张开型I型型正应力垂直于裂纹面正应力垂直于裂纹面扩展方向与正应力垂直扩展方向与正应力垂直压力容器压力容器1.裂纹体的三种断裂模式裂纹体的三种断裂模式 （1）张开型）张开型 I型（型（2）滑开型）滑开型II型（型（3）撕开型）撕开型III型型第2页，本讲稿共10页滑开型滑开型II型型切应力平行于裂纹面切应力平行于裂纹面扩展方向与切应力平行扩展方向与切应力平行撕开型撕开型III型型切应力平行于裂纹前缘切应力平行于裂纹前缘扩展方向与切应力垂直扩展方向与切应力垂直I型裂纹最危险：缺口根部为三向应力状态型裂纹最危险：缺口根部为三向应力状态第3页，本讲稿共10页2
2、.裂纹尖端应力场裂纹尖端应力场应力场强度因子应力场强度因子Y 裂纹形状因子裂纹形状因子用线弹性断裂力学分析用线弹性断裂力学分析第4页，本讲稿共10页3.裂纹尖端塑性区大小裂纹尖端塑性区大小平面应变状态平面应变状态=0时时平面应力状态平面应力状态=0时时表面塑性区大，平面应力状态表面塑性区大，平面应力状态中心塑性区小，平面应变状态中心塑性区小，平面应变状态米赛斯屈服判据米赛斯屈服判据第5页，本讲稿共10页4.应力松弛对塑性区的影响应力松弛对塑性区的影响应力松弛效应：应力松弛效应：y达到达到ys以后，把高出的应以后，把高出的应力部分传递给力部分传递给r r0的区域，的区域，使使r0前方区域发生屈服
3、前方区域发生屈服应力松弛结果：应力松弛结果：屈服区域从屈服区域从r0扩大到扩大到R能量分析：能量分析：ABD等于等于BEHG第6页，本讲稿共10页平面应力状态平面应力状态平面应变状态平面应变状态应力松弛使得塑性区扩大应力松弛使得塑性区扩大1倍倍第7页，本讲稿共10页平面应力状态平面应力状态平面应变状态平面应变状态应力场强度因子应力场强度因子有效裂纹与真实裂纹塑性区之外（有效裂纹与真实裂纹塑性区之外（rR）的）的应力场应力场分布相同分布相同第8页，本讲稿共10页应力场强度因子应力场强度因子K KI I的物理意义的物理意义 KI是衡量裂纹顶端应力场强烈程度的参量，决定于应力水是衡量裂纹顶端应力场强
4、烈程度的参量，决定于应力水平、裂纹尺寸和形状，是各因素在裂纹顶端产生效果的综合体平、裂纹尺寸和形状，是各因素在裂纹顶端产生效果的综合体现现临界应力场强度因子临界应力场强度因子KC或或KIC断裂韧性：断裂韧性：裂纹失稳扩展的临界状态所对应的应力场强度因子，裂纹失稳扩展的临界状态所对应的应力场强度因子，表示对裂纹表示对裂纹扩展的阻力，是材料本身固有的性能扩展的阻力，是材料本身固有的性能 KC：平面应力状态断裂韧性：平面应力状态断裂韧性 KIC：平面应变状态断裂韧性：平面应变状态断裂韧性 断裂判据：断裂判据：KI KIC第9页，本讲稿共10页KI和和KIC的区别：的区别：KI：裂纹前端应力场强度的度量：裂纹前端应力场强度的度量 与裂纹大小、形状和外加应力有关与裂纹大小、形状和外加应力有关 （1）含中心穿透裂纹的有限宽板）含中心穿透裂纹的有限宽板 （2）紧凑拉伸试样）紧凑拉伸试样 （3）单边裂纹弯曲试样）单边裂纹弯曲试样 （4）体内椭圆裂纹）体内椭圆裂纹 （5）表面半椭圆裂纹）表面半椭圆裂纹 KIC：材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量：材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量 与裂纹大小、形状和外加应力无关与裂纹大小、形状和外加应力无关 与材料成分、热处理工艺等有关，是材料特性参数与材料成分、热处理工艺等有关，是材料特性参数第10页，本讲稿共10页