工程材料论文 金属构件失效分析.doc

工程材料力学性能 课程论文 姓名： 学院： 班级： 学号： 金属构件断裂失效中断口分形的研究现状 Current Situation Of Fractal Fracture of Mental Structure 钱惠丽 材控F0903 200846900121 摘要：金属材料断裂有许多准则和模型,但对断裂机理和变化规律缺乏合理的描述,给工程应用带来不便。讨论了分形几何应用于断裂研究的几个基本问题,主要包括断面的分形特征与分形测量, 分维与断裂韧性的关系以及金属断裂的多种分形模型进一步阐述了分形理论在金属断裂方面的应用。 Abstract:There are many criteria and models used to describe fractal of metal material,which lack rational description of fracture mechanism and variety law,and this can bring project utilization into trouble.This paper discusses some problems inthe researchof fractal fractureincluding the fractal characters of fracture surfaces and the measurement of their fractal dimensions, the relationship between fractal dimensionsof fracture surfaces and macroscopic mechanical properties suchas fracture toughnessetc , the fracturemodels andthefractal fracture mechanism. Furthermore, the prospects of performanceof fractal theoriesonmetal fracture are advanced in the paper. Keywords: fracture fractal; fractal dimension 引言 断裂是金属构件一种最危险的失效形式，尤其是脆性断裂，极易造成安全事故和经济损失，为了防止断裂失效，传统的力学理论是根据材料的屈服强度，用强度储备方法确定机件工作应力，然后考虑机件的一些结构特点、存在断口及环境温度的影响，根据材料使用经验设计机件。 近年来金属材料损伤断裂研究方面的重要发展是深入到材料微细观层次上研究断裂的本质特征。多年来, 材料学家们一直试图从材料的微观结构本身及损伤断裂过程所反映的复杂现象中找出某些特征参数, 并建立与宏观力学间的联系。金属材料的断裂是发生在非平衡条件下的非线形不可拟动力学过程。根据非平衡统计观点, 实际金属材料显微结构及其性能可以表征为确定性平均结构上叠加了不均匀的随机涨落, 由于涨落机制的作用, 金属材料的损伤演化过程呈随机特征。 实际的断口形貌不仅受到材料微观结构的影响, 而且还与外部加载方式和环境条件有关, 众多复杂的因素造成材料的断口表面是极不规则和粗糙不平的, 这种不规则程度从某种意义上反映了材料的力学性能和断裂机理, 现有断裂分形研究的基本观点认为, 断裂表面粗糙度可以用分形维数来定量描述, 已开展的工作也仅仅局限于分形维数测定以及寻找断裂参数与分形维数之间的定量关系。 对断口表面细节特征深入观察, 发现裂纹扩展往往是按Z字形前进的, 每一步都是不规则的, 大小不等, 方向不一, 而且在大的Z字形通道上套有小的Z字形通道, 整个裂纹路径形成多层次结构, 导致断裂面是粗糙的、不规则的, 具有统计自相似性, 即裂纹是一条分形曲线, 极不规则且粗糙不平的, 具有所谓的统计自相似结构, 即分形特征, 断裂面是一个分形表面[ 1-3]。 Mandelbrot等人指出: 虽然金属断口不是严格的分形几何, 但与分形结构极为相似, 即认为金属断口是一近似的分形结构, 并计算了马氏体时效钢的冲击能与断口分形维数的关系。近来运用分形几何表征断裂表面, 已经成为断裂表面定量分析的一种受