二断裂力学

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,二 断裂力学,1,2.1概述,定义： 断裂力学是近几十年才发展起来的一支新兴学科，它从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件(荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等)作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。,分类： 断裂力学包括线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、刚塑性断裂力学、粘弹性断裂力学、断裂动力学、复合材料断裂力学等分支.断裂力学的发展主要是线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的发展。,.断裂力学研究的方法是:从弹性力学方程或弹塑性力学方程出发，把裂纹作为一种边界条件，考察裂纹顶端的应力场、应变场和位移场，设法建立这些场与控制断裂的物理参量的关系和裂纹尖端附近的局部断裂条件.,2,断裂力学认为，解答脆断问题必须从结构内部存在微小裂纹的情况出发来进行分析。,断,裂是在荷载和侵蚀性环境的作用下，裂纹扩展到临界尺寸时发生的。,如,果构件内部原来就存在较大裂纹，那么它在一定条件下就会断裂。,3,2.2焊接缺陷,结构内部总是存在不同类型和不同程度的缺陷。焊接过程中可能出现的缺陷，就包括有宏观裂纹。,图 a给出角焊缝可能存在的缺陷，包括咬边、,未熔合及气孔等，其中以咬边最为不利。,图b表示对接焊缝的未焊透的缺陷。,4,5,6,这些缺陷有的,(,如咬边,),就相当于裂纹，有的,(,如气孔,),虽然不像裂纹那样尖锐，但在使用过程中由于应力和介质的作用，可以形成裂纹。因此，这些缺陷通常也作为裂纹看待。,用,角焊缝连接的两板之间存在缝隙，不属于焊接缺陷，但却和未焊透处一样具有裂纹效应。,7,2.3线弹性断裂力学,2.3.1 概述及分类,许多计算表明，由于材料存在着裂纹或缺陷，材料的实际强度一般仅为其理论强度的1/ 10一1/100，材料就产生低应力脆断现象。,根据裂纹受力情况与裂纹而的位移方式，可将裂纹分为三种基本类型，即:I型或张开型(拉裂型);II型或滑移型(面内剪切型);II型或撕裂型(面外剪切型)。在这三种裂纹型式中，I型裂纹是最危险的，容易引起低应力脆断。,8,2.3.2,两个计算准则,K准则,当板处于平面应变条件下时，如果应力强度因子,则裂纹将失稳扩展而造成 张开型(即I型)断裂。,板的拉应力（包括残余应力）,a裂纹尺寸,和裂纹形状、板宽等 因素有关的系数,K,IC,断裂韧性，代表材料抵抗裂纹失稳扩展的能力,G准则,1921年，A. A. Griffith格里菲斯)用弹性体能量平衡的观点提出了脆性材料裂纹扩展的能量准则.Griffith能量理论将裂纹失稳扩展的临界条件表示为:,G,I,= G,IC,即脆性断裂的G准则。,G,I,应变能释放率,G,IC,材料常数，表征材料对裂纹扩展的抵抗能力，由实验确定,9,K,准则,由式21可见，裂纹尺寸a越大，构件所能安全承受的应力就越小。,裂纹的失稳扩展.和构件压屈失稳有些相似之处。压杆所能承受的应力为,长细比越大，,c,越低;带裂纹拉杆拉断应力 ，,裂纹尺寸a越大，,c,越低。,这个相似性示于下图,10,11,12,2.4弹塑性断裂力学,目前可以用来衡量高韧性材料抵杭断裂的能力的有裂纹张开位移理论(即COD理论)。按照这种理论，当薄板受拉满足条件,22,构件即将开裂：公式左端代表裂纹顶端张开位移，右端则是位移的临界值。,13,当,/f,y,数值不大时，是,22,左端展开成级数取其第一项，简化为,23,还可化为类似21的形式，即,14,15,