《断裂力学 绪论》PPT课件

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1、工程断裂力学EngineeringFractureMechanics（40学时）主要章节第一章：与断裂力学有关的工程力学基础（复习）（7）第二章：线弹性断裂力学初步（15）第三章：弹塑性断裂力学简要（8）第四章：断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用（6）复习（2）考试（2）主要参考书：《工程断裂力学》李洪升等编《工程断裂力学基础》王克仁等译（“ElementaryEngineeringFractureMechanics”D.Broek）绪论●断裂力学产生的背景断裂现象—古老而普遍的问题人－工具－断裂（石器，木棒、陶器——损坏、折断、更换）工业发展－事故（火车、桥梁、房屋——轴断、桥

2、坏、房塌）战争－灾难尤甚（飞机、战船、火炮——机毁、船折、人亡）断裂发生的根本原因－设计问题—理论不完善使用问题—使用不正确材料问题—材料不完整其中材料问题最复杂、认识有限！材料为什么会断裂？断裂原因和规律是什么？——几百年来的研究课题。考虑一个问题：下图是4块等厚度的板，A的宽度为W，B、C、D3块的宽度为W+a。但在这增加的宽度a上分别为无缺陷，有直径为d的孔缺陷和裂纹缺陷，在两端分别施加均匀拉力F1、F2、F3、F4后破坏，请问：所施加力的大小应怎样排列？答案：Why?绪论材料不是完美无瑕的工程材料都有缺陷（先天—夹杂、夹渣、瑕疵、空洞、裂缝后天—冶炼、加工、制

3、造、安装、使用）材料中的宏观尺寸缺陷—这里通称为裂纹（尖裂纹或钝裂纹）。由于材料有缺陷，材料的自身强度是理论强度的1/10-1/100；由于材料有缺陷，材料在受力后会在缺陷处产生严重的应力集中；由于材料有缺陷，材料会在某种应力作用下产生亚临界裂纹扩展，材料对外界的抗力不仅与外力有关还与裂纹的长度有关。断裂研究的重大意义社会和经济发展的需求是科学发展的动力。结构件的失效带来巨大的社会和经济问题。断裂是所有失效中最严重、最危险的失效。飞机失事80%以上是疲劳或应力腐蚀断裂引起。发达国家每年因断裂失效造成的损失为GDP的4%（美国因此每年损失1000多亿美元）,同时断裂给人身生命安

4、全造成极大威胁（地球板块断裂研究是地震研究的重要方向）。因此断裂研究有重大的经济和社会意义。绪论尽管社会不断发展，断裂问题仍层出不穷多少世纪来，人们积累了大量有关断裂的现象和经验，但一般的解决方法就是替换，换新的或找更强的材料代替，对断裂的认识停留在现象上。18世纪以来随着工业的发展，对构件需求和要求更高，开始探索断裂理论，以材料力学为代表的理论、模型等随后提出几十个。但随着新材料（如高强度钢）新工艺（如焊接）的发展，断裂问题仍层出不穷。Why?这一方面说明断裂问题的复杂性，另一方面说明，已有的断裂理论还解决不了全部问题。上世纪中，在现代工业发展和战争的的推动下，人们对断裂

5、现象认识的进一步深化，对材料强度、缺陷、位错、应力集中等理论研究不断深入，断裂力学终于在1957年应运而生，成为学科，且已经在生产和设计中发挥重大作用，并继续承受检验。什么是断裂力学？断裂力学是一门研究含裂纹物体，裂纹的启裂、扩展到断裂的宏观过程及断裂条件的科学。绪论●代表人物谈到断裂力学发展，它归功很多人，有三个人值得我们特别提出，他们是：Inglis,Griffith,Irwin.Inglis把缺陷看成材料内部的小孔,1913年理论计算了无限大板中心椭圆孔受力的应力分布,具体计算了孔边应力集中问题。Griffith1920年在Inglis的基础上，用能量法分析了脆性材料的

6、破坏准则，成为断裂力学最早的奠基者。Irwin则在前人的基础上，1957年成功地分析了裂纹尖端的应力场和位移场，提出了应力强度因子的概念,使断裂力学成为一门学科。此后许多科学家在这方面做出了贡献。我国60年代初就开始了断裂力学的研究工作。虽然因文革延误，但陈篪等科技工作者还是做出了相当突出的工作。●近来的发展：断裂力学在上世纪60－80年代得到长足发展，经历发烧期，建立了许多理论。绪论1989Irwin指出：“线弹性断裂力学已基本成熟，关键是在应用中不断完善；弹塑性断裂力学及动态断裂力学还有很长的路要走”。1989ICF大会主席之一Leibowite指出：“尽管多年来断裂力学在

7、解决重大问题上取得很大进展，但必须明了断裂力学远非一门成熟的学科。今后最迫切的是需要付出极大的努力发展能预测稳定裂纹启裂或扩展的更完善的断裂理论。其中一个主要方向就是要深入研究断裂力学与经典力学的区别，并找出能统一裂纹与非裂纹体的统一理论”目前断裂力学研究已经过了发烧期，处于向动态断裂力学等方向深度发展阶段。●主要学习内容线弹性断裂力学为主,注重应用●材料科学与工程和该课程的关系结构材料包括功能材料工程应用必须正视或解决的问题。要求：重视概念、学以致用、适当记笔记。第一章：与断裂力学有关的工