《(4.19)--3.2.2失效分析力学基础-断裂力学基础.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(4.19)--3.2.2失效分析力学基础-断裂力学基础.pdf（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第3章 失效分析基础知识 断裂力学研究有宏观裂纹(0.1mm)的基体的力学行为，认为断裂主要是宏观裂纹的成长及其失稳扩展引起。裂纹失稳扩展通常由裂纹端点开始，裂端区的应力应变场强度大小与裂纹的稳定性密切相关，当裂端表征应力应变场强度的参量达到临界值时，裂纹迅速扩展，使构件断裂。3.2.2 断裂力学基础 两个问题 裂纹体在裂端区应力应变场强度的表征及变化规律；裂纹体发生失稳扩展的临界值。研究重点建立构件裂纹尺寸、工作应力与材料抵抗裂纹扩展能力之间的定量关系。3.2.2 断裂力学基础图2-26 材料断裂的载荷-变形量关系载荷-变形量呈线性关系载荷与变形量为非线性关系线弹性断裂力学弹塑性断裂力学断裂
2、力学3.2.2 断裂力学基础一、线弹性断裂力学图2-27 裂纹扩展的三种基本类型(1)裂纹扩展的三种基本类型假 设：材料是线弹性的；忽略裂纹尖端出现的体积很小的塑性区的影响。3.2.2 断裂力学基础（2）张开型裂纹尖端应力场强度因子KK叫应力场强度因子，决定裂纹体端部应力场的大小。1YkaY：几何因子(或形状因子)，与载荷无关，取决于裂纹形状和试样的几何形状：名义工作应力a：裂纹长度的1/23.2.2 断裂力学基础当K增大到某一临界值KC时(临界状态)，裂纹突然扩展，材料快速断裂。KC又叫断裂韧性。（3）临界应力场强度因子KC或kakaCCCC11Y Y KC反映了有裂纹存在时材料抵抗脆性断裂
3、的能力，是强度和韧性的综合性能指标，KC越大，其断裂韧性越好。c和ac分别为临界状态的应力及裂纹尺寸。3.2.2 断裂力学基础a.解释低应力脆断失效的原因（材料存在裂纹缺陷，服役期间，裂纹长大及失稳扩展）。b.确立了材料强韧化的设计思想，既要求材料有高强度以节约资源，更要求材料有高韧性储备以抵抗脆断。设计时选择KC高的材料，或通过工艺处理提高其KC。K判据的工程应用：（4）裂纹体脆性断裂判据：K KC(简称K判据)3.2.2 断裂力学基础c.已知工作应力，可以计算构件的最大裂纹容限，对构件做出安全评价。d.已知裂纹尺寸，可以确定构件最大工作应力或最大允许载荷。e.若能得出裂纹扩展速率，可计算构
4、件的安全寿命，并制订出合理的裂纹检测周期。K判据的工程应用：（4）脆性断裂判据：K KC(简称K判据)3.2.2 断裂力学基础（5）裂纹尖端的塑性区及小范围屈服的修正对于塑性比较好的金属材料，边缘应力的自限性使裂纹尖端的应力受到屈服强度的限制，当该应力达到屈服强度s时，材料将因屈服而发生塑性变形。发生塑性变形的区域，称为塑性区。对于I型裂纹端部的塑性区大小表达式如下：rKrKISIS1212202022（）（平面应力）（平面应力）（）（）（平面应变）（平面应变）3.2.2 断裂力学基础 塑性区的存在，将会降低裂纹体的刚度，相当于增加了裂纹长度，因而影响了应力场及KI的计算。当r0/a非常小时，
5、塑性区的存在属小范围屈服条件，经修正后的线弹性断裂力学判据仍然适用。有效裂纹尺寸：ae=a+r0rKYaI03.2.2 断裂力学基础二、弹塑性断裂力学（1）裂纹张开位移理论(COD理论)裂纹体受力后，裂纹尖端附近存在高应力(s)的塑性区使裂纹面分离，裂尖有张开的位移，当张开位移达到材料的临界c值时,裂纹就失稳扩展发生断裂，其判据为：cc是材料常数，与试祥的几何尺寸、加载方式等无关，是材料对裂纹扩展阻力的量度，是材料弹塑性断裂韧性的指标，与温度有关。3.2.2 断裂力学基础（2）J积分理论从能量守恒分析裂纹尖端二向应力应变行为，裂纹扩展时外力所做的功用于裂纹扩展所需的能量，增加体系的弹性能。能量用围绕裂纹尖端的任意封闭回路的线积分求得。失效判据：J JcJ积分理论的应用：不及COD广泛3.2.2 断裂力学基础谢谢大家！