资源描述：
《工程材料论文 金属构件失效分析.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、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CurrentSituationOfFractalFractureofMentalStructure钱惠丽材控F0903200846900121摘要：金属材料断裂断口有许多准则和模型,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。本文讨论了分形几何应用于断裂断口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。关键词：断裂、分形
2、、分维Abstract:Therearemanycriteriaandmodelsusedtodescribefractalofmetalmaterial,whichlackrationaldescriptionoffracturemechanismandvarietylaw,andthiscanbringprojectutilizationintotrouble.Thispaperdiscussessomeproblemsintheresearchoffractalfractureincludingthefrac
3、talcharactersoffracturesurfacesandthemeasurementoftheirfractaldimensions,therelationshipbetweenfractaldimensionsoffracturesurfacesandmacroscopicmechanicalpropertiessuchasfracturetoughnessetc,thefracturemodelsandthefractalfracturemechanism.Furthermore,theprospe
4、ctsofperformanceoffractaltheoriesonmetalfractureareadvancedinthepaper.Keywords:fracturefractal;fractaldimension一、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
5、入到材料微细观层次上研究断裂的本质特征。断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料，所以在研究断裂时，对断口的观察和研究一直很受重视。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
6、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。一、断口分形分析的有关研究断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构的特征进行直观观察和分析。通常把低于40倍的观察称为宏观观察高于40倍的观察称为微观观察。在很多情况下，利用宏观观察尽可以断
7、定断裂的性质、起始位置和断裂扩展路径，但如果要对断裂起点附近进行细致研究，分析断裂原因就必须进行微观观察。分形是由Mandelbrot[1]在通过许多复杂形状的不规则物体进行仔细观察和综合分析的基础上于1975年正式提出的一个几何名词。也是他首先把分形理论应用到金属断裂中的，他认为金属断裂表面是粗糙的和不规则的，对断口表面细节特征作深入观察,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
8、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
