冲击载荷理念之压力容具用金属材料断裂行为之研究

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1、冲击载荷理念之压力容具用金属材料断裂行为之研究第一章绪论1.1引言断裂动力学也称动态断裂力学，是断裂力学的一个分支，另一个分支是断裂静力学。断裂动力学的最早的经典性文献要追溯到英国著名物理学家NFMott于1948年发表的论文⑴。从那时算起，断裂动力学已有半个多世纪的历史。它的一些重要基本概念是在20世纪70年代才慢慢建立起来的，系统的分析方法和相对成熟的实验研究方法都建立得较晚。它同许多自然现象及工程实际问题都有联系，具有重要的理论与实践应用意义。断裂动力学是研究惯性效应不能忽略的断裂问题；这些问题可以划分为

2、两大类：第一类，裂纹稳定而外力随时间迅速变化，例如冲击、爆炸、振动等等；第二类，外力是恒定的而裂纹发生快速传播。对于这两类问题，在其运动方程中的特点是必须考虑惯性的影响。在第一类问题中，通常研究裂纹发展的起始，称为裂纹动态起始问题；对于第二类问题，通常研究裂纹的传播，称为传播裂纹问题或运动裂纹问题[2]。裂纹动态起始问题的数学处理就是求解波动方程的初始-边值混合问题，同断裂静力学的裂纹起始问题相比，其计算要复杂得多。断裂力学的思想是由Griffith在1920年提出的，为的是解释玻璃的断裂现象。他首先提出将强度

3、与裂纹长度定量的联系在一起，对玻璃平板进行了大量的试验研究，在线弹性的前提下，引进了表面张力概念，这个概念被认为是经典连续介质力学的重要内容。同时他提出了能量理论思想被称为Griffith能量释放率。这段时期内断裂问题停留在科学好奇上，并没有应用到工程中。脆性断裂理论的重大突破归功于Irdash;线弹性断裂力学。积分方法由Rice在1968年首先提出J积分是一个定义明确、理论严密的应力应变参量，试验测定也比较简单可靠。此外，积分还具有与积分路径无关的特点，故可以避开裂纹尖端处极其复杂的应力、应变场计算和分析。断

4、裂軔性是一个材料参数，它表征了一个含裂纹材料抗开裂的能力。对于脆性断裂，断裂靭性通常作为一个点值来测量，并用应力强度因子K来表示，通.常用于线弹性材料。对于朝性断裂，断裂籾性通常使用点值或阻力曲线形式来表征，用积分来表示，通常用于弹塑性材料。一般情况下，基于积分的阻力曲线用来表征韧性材料裂纹的起裂、.稳态扩展和失稳裂。因?为它们在测量断裂籾性时很有效，所以/积分和y-i曲线成为弹塑性断裂中最重要的材料参数，并且在实际工程中被广泛的应用。这种断裂韧性值可以作为材料特性、性能评估和质量保证的基础。它们也可以用来为各

5、种不同的部件和结构进行结构容限评估，适用于各种结构的剩余强度分析和结构完整性评估工作，譬如核电站使用的压力容器和管道、化工容器与储耀、陆地和海上的油气工业管道、飞行器结构等。COD法是裂纹张开位移法（CrackOpeningDisplament)的简称。COD理论是由ottNF.Fractureofmetals:theorertcalclgclateanalysisofstrainconcentrationbynotchesandcracks.J.Appl.Mech,1968;35:379-386.[6]Che

6、vertonRD,BoltSE，HolzPP.Behaviorofsurfaceflaal-shockloadingconditions[J].Exp.Mech,1981,21,155-162.[7]陈学永，杨铁成，李泽震，王兆伟.压力容器接管高应变区断裂评定设计曲线.第四届压力容器7术会议，无锡，1997.[8]BrickstadB,NilssonF.Dynamicanalysisofcrackgroalandpressureloading[JJ.EngngFract.Mech,1986,23:61-70.[

7、9]IvesKD,ShoemakerAKandMcCartneyRF.Pipedeformationduringarunningshearfractureinlinepipe[J].EngngMater.Technol，1974,96:309-317.[10]UKAiraccidentsinvestigationbranch:ReportontheaccidenttoBoeing747-121，N739PAatLockerbie,Dumfriesshire,Scotlandon21December,1988,A

8、ircraftaccidentreportNo2/90(EW/C1094),1990.(责任编辑：gufeng)