断裂力学的发展与及应用

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1、断裂力学的发展与及应用机械四班第一小组指导老师：胡xx摘要断裂力学这一固体力学的新分支就是二十世纪六十年代发展起来的一门边缘学科。它不仅是材料力学的发展与充实,而且它还涉及金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等等学科内容。断裂力学的创立对航天航空、军工等现代科学技术部门都产生了重大影响。随着科学技术的发展,断裂力学这门新的学科在生产实践中得到越来越广泛的应用。以此同时,断裂力学也得到不断地发展和充实。关键词发展史现状应用1.发展简史近几十年来,世界各国生产实践表明,按传统的强度理论设计的构件,虽然材料强度满足了许用应力,有时也会意外地发生低应力断裂破坏事故,无情

2、的事实尖锐地揭示了人们长久以来使用的传统强度理论的局限性。人们通过对断裂事故的分析和大量的实验研究,说明低应力脆性断裂总是由裂纹扩展所导致的。这就催生了断裂力学的产生。经典断裂力学包括线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学、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．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。2.发展现状2.1现存矛盾由于是一门新学科，断裂力学现在还存在的一些问题。经典断裂力学源于Griffith的断裂理论，是建立在奇

3、异性基础上的，即均基于裂纹顶端应力与应变为无限大的模式展开的．弹性力学求出的应力分量，在裂纹顶端处为无限大，即所谓的奇异性。3奇异性断裂力学在物理上存在本质的缺陷，其一，在实际中发现的裂纹，其上、下表面间距，以及裂纹顶端曲率半径，都是有限值，不等于零；其二，实际裂纹，即使在裂纹顶端，应力与应变均为有限值，不存在所谓应力与应变的奇异性．这样，基于数学尖裂纹和应力奇异性的物理量缺乏坚实的物理基础．为了完善理论，可采用比较符合真实情形的半圆形顶端的钝裂纹(或切VI)模型，但钝裂纹的曲率半径的测量需要用金相的方法来测出，这又促使了金相断裂力学的发展。2.2新结构材料断裂探

4、索随着新材料的大量涌现，如准晶材料、多孔材料已引起人们的广泛关注．多孔材料是复杂的多相材料，从细观角度上看，它具有非连续性材料的不均匀和各向异性，若逐个追踪孔洞的形状、大小和分布进行描述，所得表达式极其复杂，难以进行定量求解．但是由于多孔材料塑性具有可压缩性，可采用表征塑性可压缩性的新的材料参数，如Poisson比．并用内聚力模型求解多孔材料中的非线性裂纹问题，预先假定裂纹顶端塑性区的形状，其中的应力分布可以由屈服判据推断，则原来的非线性问题得到线性化，较易求解材料在平面应力(应变)情形下的裂纹解。多孔材料平面应力裂纹扩展问题就可以用断裂力学来解决了。1.断裂力学

5、的应用断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题，由于它与材料或结构的安全问题直接相关，因此它虽然起步晚，但实验与理论均发展迅速，并在工程上得到了广泛应用．目前,断裂力学在航空航天、造船、机械、石油化工、地质等部门得到越来越广泛的应用,它的研究方法也列入上述各部门的设计、制造、验收及使用规范中。用高强度合金制成的构件通常体积小和重量轻,这个优点对宇航飞行器如火箭、太空船、航天飞机和人造卫星等特别重要。但是绝大多数高强度合金都比较脆。易发生脆断;在腐蚀性环境中,甚至在相对湿度较高的环境中就有可能萌生裂纹。因此,从设计、制造、安装和使用的角度来说,建立评定带裂

6、纹运行构件的安全性标准,以及如何防止构件断裂事故发生，就需要借助断裂力学的应用。再比如，断裂力学技术已被应用于估算各种条件下的疲劳裂纹增长率、环境问题和应力腐蚀问题、动态断裂以及确定试验中高温和低温的影响，并且由于有了这些进展，在设计有断裂危险性的结构时，利用断裂力学对设计结果有较大把握．致谢多谢胡老师让我们对于材料的设计应用有了新的认识，也感谢小组各个成员的积极配合和对本论文的贡献。3参考文献[1]沈成康．断裂力学[M]．上海：同济大学出版社，1996．[2]黄克智．弹塑性断裂力学的一个重要进展[J]．力学与实践，1993，(1)：l一7．[3]范天佑.断裂力学

7、基础[M].南京:江苏科学技术出版社,1978.3