疲劳与断裂讲课课件讲述.ppt

* 低应力断裂：在静强度足够的情况下发生的断裂。 剩余强度: 受裂纹影响降低后的强度。 工程中最常见的、危害最大的是 I (张开)型裂纹。 用弹性力学方法可以得到裂纹尖端附近任一点(r,?)处的正应力?x、?y和剪应力?xy为： s p f q ij ij K r = 1 2 ( ) K a 1 = s p 式中： 本章基本概念 应力强度因子 K反映了裂尖应力场的强弱； K的量纲为[应力][长度]1/2，常用MPa 。 m * 裂尖的应力强度因子K1可以更一般地写为： K a f a W 1 = s p ( , , . . . ) 对于承受拉伸的无限宽中心裂纹板， f=1； 对于无限宽单边裂纹板， f=1.12。 裂纹尺寸和形状 作用应力 材料断裂韧性K1C 断裂三要素 或 K?K1C K f a W a = ( , ) L s p ￡ K c 1 断裂判据： 抗力 作用 * When designing a structure against fracture, there are three critical variables that must be considered: applied stress, flaw size, and the fracture toughness of material. Fracture mechanics provides a mathematical relationship between these quantities. A knowledge of two quantities is required to compute the third. 在结构抗断设计时，必须考虑三个关键因素：作用应力、缺陷尺寸和材料的断裂韧性。断裂力学给出了这些量间的数学关系。要计算第三个量，需要知道另外二者。 * The fracture design methodology should be based on the available date, such as material properties, environment, and the loading on the structure. If K1C date are available and the design stress is low, LEFM may be appropriate. 断裂设计方法应当以可用数据为基础，如材料性能、使用环境及作用于结构的载荷。如果有 K1C 数据可用且设计应力低，用线弹性断裂力学是恰当的。 * 习题：5-1，5-7 再 见 第一次课完请继续第二次课 返回主目录 * 第五章 断裂失效与断裂控制设计 5.1 结构中的裂纹 5.2 裂纹尖端的应力强度因子 5.3 控制断裂的基本因素 5.4 材料的断裂韧性 K1c 5.5 断裂控制设计 返回主目录 * K f a W a = ( , ) L s p ￡ K c 1 断裂判据： 抗力 作用 作用 K=f (s, a, ...) 由力学分析得到； 弹性力学方法，有限元法，手册等。 抗力 K1C 由材料断裂实验获得； 按标准试验方法 ( 如GB4161-84 ) 。 * 5.4 材料的断裂韧性 K1c L=4W W a P 三点弯曲（B=W/2） 1）标准试件 ( GB4161-84 ) 应力强度因子： ] ) ( 7 . 38 ) ( 6 . 37 ) ( 8 . 21 ) ( 6 . 4 ) ( 9 . 2 [ 2 / 9 2 / 7 2 / 5 2 / 3 2 / 1 2 / 3 W a W a W a W a W a BW PL K + - + - = 2孔f 0.25W P P a W 1.25W 1.2W 0.55W 紧凑拉伸（B=W/2） 裂纹预制:电火花切割一切口，使用钼丝直径约0.1mm。用疲劳载荷预制裂纹，应使Da ? 1.5mm。 疲劳载荷越小，裂纹越尖锐，所需时间越长。为保证裂纹足够尖锐，要求循环载荷中Kmax(2/3)K1c。 * X-Y记录仪 P V 2）试验装置 监测载荷P、裂纹张开位移V，得到试验 P-V曲线，确定裂纹开始扩展时的载荷PQ和裂纹尺寸a，代入应力强度因子表达式，即可确定Kc。 P P 试件 试验机 放大器 力传感器输出P 引伸计输出V * 2) 缺口局部应力-应变响应： 作图，由稳态环知： ea=(e1-e2)