《材料的断裂》PPT课件

《《材料的断裂》PPT课件》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、13材料的断裂2Mg-Zn-Y合金经轧制后的拉伸断口形貌3(a)(b)(c)(d)不同AlTiC含量铸态ZW61合金的拉伸断口形貌4cdbaECAP不同路径变形8道次后合金的拉伸断口形貌56789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051断裂是构件的重要失效形式之一。影响材料断裂的因素很多。为了防止构件的断裂与变形失效，传统的安全设计思想主要立足于外加负荷与使用材料的强度级别的选用，根据常规的强度理论，只要构件的服役应力与材料的强度满足：(低塑性材料)(塑性

2、材料)三、断裂强度52随着生产的发展，许多按照常规设计思想设计出来的符合常规标准的设备构件发生断裂事故的报道不断出现，如：第二次世界大战期间，建造了2500艘船舶，其中700艘发生严重的破坏事故，145艘在非军事行为条件下断为两截，其中美国一艘T-2油轮停泊在港口时突然断为两截，据计算甲板应力仅为7kg/mm2，而建船钢板的屈服强度大于30kg/mm2。另一典型事例为1950年美国北极星导弹固体燃料发动机壳在试验时发生爆炸，其使用材料为D6AC钢，屈服强度为1400MPa，而爆炸时其试验应力仅为其许用应力的一半。53关于断裂力学的最早理论可以追溯到1920年，为了研究玻璃、陶瓷等脆

3、性材料的实际强度比理论强度低的原因，Griffith提出了在固体材料中或在材料的运行过程中存在或产生裂纹的设想，计算了当裂纹存在时，板状构件中应变能的变化，进而得出了一个十分重要的结果。该理论非常成功地解释了玻璃等脆性材料的开裂现象，但应用于金属材料并不成功，又由于当时金属材料的低应力破坏事故并不突出，所以在很长一段时间内未引起人们的重视。541949年E.Orowan在分析了金属构件的断裂现象后对Griffith公式提出了修正，他认为：产生断裂所释放的应变能不仅能转化为表面能，也应转化为裂纹前沿的塑性应变功，而且由于塑性应变功比表面能大得多，以至于可以不考虑表面能的影响，其提出的

4、公式为：Orowan公式虽然有所进步，但仍未超出经典的Griffith公式的范围，而且同表面能一样，形变功U也是难以测量的，因而该式仍难以实现工程上的的应用。55断裂力学理论的重大突破应归功于Irwin的应力场强度因子概念的提出，以及以后断裂韧性概念的形成。1957年，Irwin应用了H.M.Westergaard在1939年提出的解平面问题的一个应力函数，求解了带穿透性裂纹的空间大平板两相拉伸的应力问题，并引入了应力场强度因子K的概念，随后又在此基础上形成了断裂韧性的概念，并建立起测量材料断裂韧性的试验技术，从而奠定了线弹性断裂力学的基础。56以应用力学为基础，从宏观现象研究材料

5、应力-应变状况，进行力学分析，总结出经验规律，作为设计、使用材料的依据，这是力学工作者的任务。从材料的微观结构来研究材料的力学性状，也就是研究材料宏观力学性能的微观机理，从而找出改善材料性能的途径，为工程设计提供理论依据，这是材料科学的研究范围。571理论断裂强度在分析材料的断裂强度时，人们希望了解在断裂前材料所能承受的最大应力，即从理论上来说材料的强度应有多高。有几种推算晶体材料理论强度的方法，其中以双原子作用力模型应用的较为普遍。双原子作用力模型可看出，要使材料断裂，或要使两原子发生分离，其外力需达到合力的最大值Fmax才有可能。下面分析σmax即σth之值。58设原子间作用力

6、随原子距离变化按正弦曲线变化，其周期为λ，外加应力σ与原子间距离的增加值x的关系可用下式表示：原子间约束合力的曲线59在正应力作用下材料只发生弹性变形和断裂，设在断裂前的弹性变形范围内虎克定律仍然适用，则当x很小时，对比式（1）和（2），得，则有（1）（2）即60下面求解λ。脆性物体发生断裂时不发生塑性变形，所以没有塑性变形功。外力拉伸物体时，物体中储存弹性应变能，断裂时，弹性应变能释放，转变为表面能，只有当弹性应变能等于物体断裂后产生新的表面的表面能时，断裂才可以发生。拉伸时两原子之间弹性应变能为应力曲线以下的面积（图中阴影部分）。其应变能密度为61设能量等于两个新的断面的表面能

7、，设γ为单位面积的表面能，则有：上式表明，理论断裂强度与弹性模量、表面能、晶格常数等材料常数有关。将λ代入，可求出62通常约为，上式可写为更精确的计算说明上式的估计偏高。一般材料常数的典型数值为：E=300GPa，，，，则可计算得出：。要得到高强度的固体，就要求E、大，而a小。实际材料中只有一些极细的纤维和晶须接近理论强度值，如：63石英玻璃纤维强度可达24.1GPa，约为E/4；碳化硅晶须强度为6.47GPa，约为E/23；氧化铝晶须强度为15.2GPa，约为E/3