零件在静载和冲击载荷下的断裂

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1、第二节零件在静载和冲击载荷下的断裂一、基本概念静载荷和冲击载荷断裂：材料在外力作用下分为两个或者两个以上部分的现象。断裂的分类力学宏观微观正断切断韧断脆断微孔聚合解理晶间晶内“虹桥”系綦江县形象工程，形似彩虹而得名，该桥跨越长江支流—綦河，连接城东城西，于1994年11月5日动工建设，1996年2月16日竣工，桥净空跨度120米，耗资368万元。1999年1月4日晚6时50分左右，彩虹桥整体垮塌，包括18名年轻武警战士在内的40人遇难。调查组认为，这次垮塌事件由两方面的原因造成。一是工程质量问题；二是工程承发包不合法。调查结果表明，这次惨剧不

2、是天灾，而是人祸。其根本原因，是由于政府在工程开发建设上没有遵循法律，履行必要的审核、论证程序，采取了“特事特办”的方式，盲目追求效率营造“献礼工程”，从而酿成大祸。綦江彩虹桥垮塌案1999年3、4月，重庆第一中级人民法院对“綦江彩虹桥垮塌案”14名责任被告人进行一审宣判。其中10人不服，并上诉。同年12月，重庆市高院作出终审判决。林世元男，原綦江县委员会副书记，因受贿罪、玩忽职守罪，被高级人民法院终审判处死刑，缓期2年执行。张基碧男，原綦江县城乡建设管理委员会主任，因玩忽职守罪，被判处有期徒刑6年。赵祥忠男，原重庆市市政工程质量监督站站长，

3、因工程重大安全事故罪，被判处有期徒刑5年，并处以罚金2万元。贺际慎女，原綦江县人大常委会副主任，因玩忽职守罪，被判处有期徒刑3年。费上利男，“虹桥”工程组织承建者，因工程重大安全事故罪，被判处有期徒刑10年，并处罚金50万元。此外，李蒙泽、孙立、段浩、夏福利、阎珂、刘泽均、胡开明、王远凯等人，及重庆通用工业技术服务部，因重大工程重大安全事故罪、玩忽职守罪、生产销售不符合安全标准的产品罪等罪名，被判处6年至10年的有期徒刑，并处以3万至25万元罚金。微孔聚合型断口解理型断口晶间断裂晶内断裂裂纹形成（萌生）阶段裂纹扩展阶段断裂过程裂纹萌生：材料在

4、外力作用下，形成微裂纹或以内部缺陷作为裂纹源。裂纹扩展：微裂纹或裂纹源逐渐扩展至一临界尺寸时，立即发生断裂。前者段称裂纹亚稳扩展阶段，后者称裂纹失稳扩展阶段。裂纹亚稳扩展时，裂纹扩展阻力大，da/dt较小；裂纹失稳扩展时，裂纹扩展阻力小，da/dt大，最大可达该材料的声速。韧断时，裂纹的亚稳扩展阶段较长，裂纹的扩展与塑性变形同时进行，故有明显的塑性变形，断裂慢。脆断时，几乎没有亚稳扩展阶段，故无明显塑性变形，断裂快。韧性韧性越好，脆断倾向越小；力学性能指标：冲击韧性断裂韧性材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综合表现。

5、二、冲击韧性衡量指标：冲击吸收功Ak冲击韧度ak(ak＝Ak/Fk)材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。是材料强度和塑性的综合表现。工程中常将材料的屈服强度与冲击韧性结合在一起用于零件及结构的设计。焊接结构设计中，除了强度的要求外，规定焊接接头冲击吸收功Ak>27J冲击韧性的应用-59℃-12℃4℃16℃24℃79℃低强度铁素体钢冲击断口照片系列冲击试验奥氏体钢低强度铁素体钢高强度钢冲击吸收功Ak温度TTk温度对材料的韧性影响很大，材料由韧性状态转变为脆性状态的温度称为韧脆转变温度，Tk。Ak越高，Tk越低，则材料的韧性越好。Ak是

6、对材料的成分和组织敏感的力学性能指标。γ钢韧性最高，无明显的Tk，低温韧性好；低强度铁素体钢韧性次之，有明显的Tk，低温韧性差；高强度M钢韧性最差，即使室温韧性好很低。三、断裂韧性传统的零件及结构设计是基于“材料是一个连续均质的整体”假设之上的，为防止脆性断裂，除强度要求之外，还加上了材料的塑性和韧性指标。五大力学性能指标强度σb,σs塑性δ,ψ韧性Ak/ak实际材料中是存在微裂纹及各种冶金缺陷的，而其中裂纹是最危险的一类缺陷，因此有必要研究带裂纹体的问题。断裂力学应力强度因子断裂力学研究表明：裂纹尖端的应力应变场可用物理量Ｋ来表征。σx,σ

7、y,τxyεx,εy,γxy张开型裂纹I型滑移型裂纹II型撕裂型裂纹III型Ｙ:几何形状因子，Y＝1～2；σ:工作应力；a:裂纹半长度。σσ2a研究表明：当KI较小时，裂纹不会扩展，零件是安全的；当KI达到一个临界值时，裂纹才会扩展，这个临界值KIC是材料的性质。断裂韧度断裂韧度KIC:是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。单位：MPa·m1/2或者MN·m-3/2KIKIC构件发生脆性断裂KI＝KIC构件发生低应力脆性断裂的临界条件断裂判据应用已知应力，材料，确定结构安全的最大裂纹长度

8、已知裂纹长度，材料，确定结构安全的最大应力已知应力，裂纹长度，确定结构安全的材料断裂韧度是用高强度钢制造的飞机、导弹和火箭的零件，及用中低强度钢制造气轮机转子、大型