《断裂力学强度理论》PPT课件

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1、含裂纹体的强度理论何雪浤9/7/20211前四章小结目标:叙述连续体的常规强度理论弹性和塑性理论的基本假设求解应力的基本方法和基本方程一点处应力状态的描述及分析应用：强度设计计算外力；计算一点处的应力（弹、塑性理论）；根据强度条件判断一点处的应力是否已处于临界状态（屈服或破坏）。注意：一般用于校核。9/7/20212强度设计中的问题及解决应力分析中的不确定因素外载荷的不确定应力分析中的不确定材料特性的不确定实际应用:大于1的安全系数设计基本思想（理想）连续体永不破坏9/7/20213工程破坏的现实9/7/20214事故案例谁对空难负责?1979年，美国历史上最大的空难事件，27

2、0多人原因：联接发动机和机翼的连接件发生了断裂历史的回顾铁路：英国，车轮、车轨、轨道断裂桥梁：比利时，4年14起轮船：二次大战，美货轮、油轮，焊接飞机：英国“彗星”号导弹：美国“北极星”压力容器航天飞机、…9/7/20215事故的共同特点破坏时的工作应力远远低于材料的屈服极限；破坏的主要原因在于实际结构材料中存在各种缺陷或裂纹，这些裂纹的存在显著地降低了结构材料的实际强度。9/7/20216问题如何解决?研究与发展含裂纹体的强度理论：断裂力学9/7/202175含裂纹体的强度理论5.1概论5.2裂纹尖端的应力应变场5.3应力强度因子及其求法5.4脆性断裂的K准则5.5线弹性断裂

3、力学在小范围屈服中的推广5.6弹塑性断裂力学5.7疲劳裂纹扩展速率9/7/202185.1概论5.1.1断裂力学的发展过程5.1.2断裂力学的研究内容5.1.3断裂力学中的几个基本概念脆性断裂和韧性断裂穿晶断裂和沿晶断裂长度量纲与断裂有关学科的划分5.1.4断口分析宏观断口分析微观断口分析9/7/202195.1.1断裂力学的发展过程15世纪，达芬奇：铁丝的断裂载荷与长度成反比1919年，俄国КолоcoB：无限大板中含一椭圆孔时应力集中问题（应力）结论：带有裂纹的构件，不能承载1921年，Griffith研究脆性材料的断裂问题。（能量）二战后，Irwin和Orowan各自独立

4、将Griffith理论加以补充，以适用于金属材料。将能量释放率概念与应力强度因子联系起来奠定了线弹性断裂力学的基础9/7/2021105.1.1断裂力学的发展过程1958年，Irwin等用修正方法扩大线弹性断裂力学应用范围；Wells提出COD1968年，Rice和Hutchinson等人的工作，为J积分方法奠定了理论基础。此后逐渐建立了弹塑性断裂力学的主要参量体系。1961年，Paris提出裂纹扩展速率与应力强度因子之间关系的著名公式对动态断裂的定量分析研究方兴未艾9/7/2021115.1.2断裂力学的研究内容研究材料或结构的裂纹扩展（萌生）的动力和阻力断裂准则及其适用范围

5、和适用条件应用于复杂结构的分析：裂纹起裂、扩展到失稳过程估算含裂纹结构的寿命：疲劳问题断裂力学的目的在于定量地研究承载体由于含有一条主裂纹发生扩展（包括静载及疲劳载荷下的扩展）而产生失效的条件。9/7/2021125.1.2断裂力学的研究内容工程应用在已知外载荷作用下结构中容许的裂纹长度(即临界裂纹长度)是多大?结构中存在(或假定的)某长度的初始裂纹时，扩展到临界裂纹长度需要多少时间(或多少次载荷循环)?-----剩余寿命结构的剩余强度与裂纹长度有什么样的函数关系?9/7/2021135.1.2断裂力学的研究内容选材方面涉及问题什么材料比较不容易萌生裂纹?什么材料可以容许比较长

6、的裂纹存在而不发生断裂?什么材料抵抗裂纹扩展的性能比较好?怎样冶炼、加工和热处理可以得到最佳效果?9/7/2021145.1.2断裂力学的研究内容断裂力学涉及力学、材料学和工程应用的许多问题，可用于处理：结构形式已定，裂纹的情况已知，该结构的承载能力如何？（剩余强度）结构形式已定，外载荷已知，允许最长的裂纹为多少？（损伤容限）已知结构的损伤容限和外载荷。如何使结构中各部件尺寸满足要求（损伤容限设计）寿命计算。（疲劳裂纹扩展寿命）选择材料。9/7/2021155.1.3断裂力学中的几个基本概念脆性断裂和韧性断裂韧度(toughness)：材料在断裂前的弹塑性变形中吸收能量的能力。

7、9/7/2021165.1.3断裂力学中的几个基本概念脆性断裂和韧性断裂在拉断时，没有明显的塑性变形，是一种突然发生的断裂，断前没有预兆；断裂面比较平坦，而且基本与轴向垂直；断口平齐而光亮，且与正应力垂直。断口上常呈人字纹或放射花样。断裂前的切口根部发生了塑性变形，剩余截面的面积缩小(即发生颈缩)；断口可能呈锯齿状；用肉眼和低倍显微镜观察时，断口呈暗灰色，纤维状。脆性断裂：韧性断裂：注意：概念的相对性（受温度、应力、环境等的影响）9/7/2021175.1.3断裂力学中的几个基本概念穿晶断裂