材料断裂行为课程内容小结

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1、材料断裂行为课程内容小结材料断裂行为1、裂纹分类根据裂纹体的受载和变形情况，将裂纹分为三种类型：(1)张开型(或称拉伸型)裂纹外加止应力垂直于裂纹而，在应力作用下裂纹尖端张开，扩展方向和止应力垂直。这种张开型裂纹通常简称I型裂纹。(2)滑开羽(或称剪切型)裂纹剪切应力平行于裂纹而，裂纹滑开扩展，通常称为II型裂纹。如轮齿或花键根部沿切线方向的裂纹引起的断裂，或者一个受扭转的薄壁圆筒上的环形裂纹都属于这种情形。(3)撕开型裂纹在切应力作用下，一个裂纹面在另一裂纹面上滑动脱开，裂纹前缘平行于滑动方向，如同撕布一样，这称为撕开型裂纹，也简称III型裂纹。2、拘束修正应力三轴度：m/

2、e其中m(112233)/3拘束损失拘束最大吋，平面应变二0拘束最小时，平面应力二03、J积分工程上应用的中、低强度高韧钢含裂纹构件，甚至高强钢中存在微小裂纹的问题，都是人范围屈服问题。对人范甬屈服问题，人们自然会想到用类似K理论的方法，找到描述裂尖弹塑性应力应变场强度的参量，从而建立工程应用判据。目前•用得最多的参量是J和CODo定义此板的总势能为II差为：a1；板ii中缺口长为△a,此板的总势能为iiII。二板总势能ZnniinI,这个差值是由引起的。(UP)nnJlima0aa是缺口反度不同造成的势能差别率。这就是J的形变功定义。有两个儿何形状和受力完全相同的单位厚度板

3、，各含有一-个缺口，板1屮缺口长为，aa弹塑性裂纹尖端的应力场与靠近裂纹尖端处行为相关的奇异场解是断裂力学发展小的核心问题。弹塑性裂纹尖端应力应变场的解nnJ1~PijJnlnl1ui.时，裂尖应力场具有移场没有奇性。rllnlIrij()nnrui()In1n当裂尖附近材料符合幕乘硕化律n1阶奇n性，裂尖应变场具有n1阶奇性，裂尖位，当1时，，就是线弹性裂尖场。，nIn12rn1r2rr对任何C知的n、、S、S,裂纹尖端处应力、应变与J有唯一的关系。而正是裂尖处的应力、应变决定着裂纹的起裂与扩展。于是可以断定，正如线弹性断裂可以用K描述--样，弹煩性断裂这种受裂尖行为控制的

4、事件，必能用J描述。因此，在小变形范围内，在很接近裂纹尖端的地方，由于应力及应变场和J之间的一一对应关系，J是靠近裂纹尖端处行为的唯一有意义的量度。弹塑性裂纹的启裂，可以用单参数j来描述，对I型裂纹，J写成J。J是一个与外载和裂纹长度a有关的参数。当a一定时，随外载增加，J增人。当J达到该材料的临界值JC时，裂纹开始扩展。临界值JC称为延性断裂恻度，它是一个材料常数，可以通过实验测出。这样，弹塑性裂纹启裂的条件是：JJIICJC方法的用途冇：i作为一种判据，评价冶金因素，热处理和焊接的影响，选择材料。ii确定一种材料用于某一服役条件是否适当。iii对KC作保守估计。JC方法不

5、适用于具有极高撕裂抗力的高延性、韧性材料，因为这种材料实际撕裂引起的裂纹扩展与严重的裂纹顶端钝化混在一起而区分不开。KC代表完全脆断或启裂后立即失稳，它是在断口上看不出有裂纹扩展痕迹时的断裂韧度。而JC代表缓慢稳定裂纹扩展的起始点，这时裂纹不会立即失稳。4、CTOD断裂参量COD或CTOD称为裂纹尖端张开位移(CrackTipopeningDisplacement),这种参量由Wells于1963年首先提出，主要建立在经验基础上的分析方法，由于其简便性冃前在工程中得到广泛应用。定义：金属材料尤其是鴉性好的材料制造的含裂纹构件，当受到载荷作用，由于裂纹尖端高度应力集中，将发生塑

6、性变形，导致裂纹尖端的钝化(即裂纹尖端形状变圆，不再很尖锐)，裂纹表而也随Z张开。COD就是裂纹尖端表而张开的位移量。实验测试COD时主耍采川三点弯曲试样，为便于测定采用下述方法定义COD：沿自由裂纹表面轮廓直线部分外推到裂纹顶端，所得到的距离定义为COD：V位移后裂纹表面（二点弯试样｝位移前裳纹表面弹塑性区交界点刁2♦1"0必须强调，COD只是启裂判据，只预测断裂的开始。COD方法是一种经验的分析方法，COD的定义也不是直接由严格的应力、应变场分析得到的参量，试验测量也存在困难，试验方法主要采用间接法测试。JI但大量工程应川和实验证明它是一种有效而简单的方法，在评定材料性

7、能、选材等方法有广泛应用。冃前以CTOD和J积分为断裂参量的传统弹塑性断裂分析方法在工程得到广泛应用，这为定量分析工稈中含缺陷结构的弹塑性断裂提供了理论基础。但由于弹塑性断裂过程的十分复杂，弹塑性断裂过程述存在许多问题有待深入研究。（1）如何建立准确的弹塑性断裂刈据断裂判据的建立是断裂理论研究的核心问题，尽管以CTOD和J积分参量建立的断裂判据能够解释工程中许多断裂问题，但严格讲，并没有完全准确描述弹塑性断裂过程，并存在许多局限性，只是一种工程上适用的断裂判据。人量试验证明，在弹塑性断裂过程中出现的塑性