材料断裂力学

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1、断裂力学微观断裂力学宏观断裂力学'线弹性断裂力学弹塑性断裂丿J学线弹性断裂力学研究的对象是线弹性裂纹固体，裂纹体内各点的应力和应变的关系都是线性的，遵守胡克定律。适用于塑性区的尺寸远小于裂纹的尺寸的情况。弹塑性断裂力学则采用弹塑性力学的分析方法来分析裂纹固体，适用于裂纹尖端塑性区的尺寸接近或大于裂纹尺寸的情况。只要塑性区的尺寸远小于裂纹的尺寸如低韧性高强度钢，对于大断而尺寸的构件以及低温条件下工作的构件，可用线弹性断裂理论进行分析。而对于一般情况下的中低强度钢构件，在裂纹扩展前或扩展过程中，裂纹尖端塑性区的尺寸往往接近甚至大于裂纹尺寸，采用弹蜩性力学的分析方法。裂纹及其对强度的影响'裂纹

2、实际构件中的缺陷主要包括/炼覚产鲁的夹渣、气孔加工中产生的刀痕、刻槽.焊接中的气泡、未焊透处裂纹的分类按几何特征分为：（a）穿透裂纹：贯穿构件厚度（或深度延伸到构件厚度的一半以上）。常处理成理想尖裂纹（即裂尖曲率半径p->0）o（方）表面裂纹：位于构件表面，或其深度《构件厚度，常简化为半椭圆形裂纹。（c）深埋裂纹：位于构件内部，常简化为椭圆片状裂纹或圆片裂纹。（d）穿透裂纹（b）表面裂纹裂纹的儿何特征分类图（c）深埋裂纹（C）撕幵型裂纹（0）张开型裂纹在三种基本型裂纹屮,按力学特征分为：（«）张开型（I型）：在与裂纹面正交的拉应力作用下，裂纹面产生张开位移而形成的一种裂纹。受力特征：受与

3、裂纹而正交的拉应力作用；位移特征：位移与裂纹面正交，裂纹上、下表面沿拉应力方向（）厂方向）的位移u不连续。（b）滑开型（II型）：在裂纹面内且与裂纹尖端线垂直的剪应力作用下，裂纹面产生沿该剪应力方向的相对滑动而形成的一种裂纹。受力特征：受在裂纹面内且与裂纹尖端线垂直的剪应力作用；位移特征：裂纹上、下表而沿该剪应力方向相对滑动；裂纹上、下表而沿该剪应力方向（x方向）的位移"不连续。（C）撕开型（皿型:在裂纹面内且与裂纹尖端线平行的剪应力作用下，裂纹面产生沿裂纹面外的相对滑动而形成的一种裂纹。受力特征：受在裂纹面内且与裂纹尖端线平行的剪应力作用；位移特征：裂纹上、下表而沿该剪应力方向相对滑动

4、；裂纹上、下表而沿该剪应力方向（Z方向）的位移VV不连续。（b）滑开型裂纹裂纹力学特征分类图I型裂纹最常见且最危险。裂纹对材料强度的影响裂纹将会引起强烈的应力集中，从而使材料的临界应力远远低于其理论断裂强度。当强度达到极限强度时，裂尖处先发生破坏，从而使裂纹进一步扩展，裂纹长度随Z增大。“、竺是裂纹失稳扩展的条件，称为断裂判据。V4a断裂理论：1.能量释放率理论，2.应力强度因子理论。能量释放率理论能量转换与守恒的角度求出相应的断裂判据。Griffith理论，Orowan理论和能量释放率断裂理论。Griffith断裂判据〜系统释放应变能的临界值〜给定裂纹长度Q时对应的临界应力〜给定应力•

5、对应的裂纹临界尺寸当裂纹长度。给定时，如果板两端的应力">%•,裂纹就会失稳扩展而断裂；如果0<氐，裂纹处于静止状态，不会扩展；如果*bc，裂纹处于不稳定平衡状态。当板两端的应力/给定时，如果裂纹长度dVd”裂纹将处于静止状态，不会发展；如果d>心，裂纹就会失稳扩展而断裂；如果。二心，裂纹处于不稳定平衡状态。E用1-/代替E,就得到平而应变状态下的Griffith断裂判据。该理论仅适用于完全脆性材料裂纹尖端的曲率半径满足Q0

6、虫〉厂时,裂纹就会失稳扩展而断裂;当也<厂时,裂纹就不会纹处于不稳定平衡状态;4Ef4EtOrowan断裂判据扩展（处于静止状态）。板两端的应力a=crc,则裂纹将处于不稳定平衡状态；/>氐，裂纹就会失稳扩展而断裂;如果a<

7、1+vz)cos2-

8、e_2+0(〃f2+cos^cos^L22丿淞c朋cos翌〉航222III型裂纹:其屮，Ki、K}[和分别叫I、II、III型裂纹的应力强度因子。K[=acyyHuiK[[=(3t4tuia.“和7分别是I、II、HI型裂纹的几何形状因子。应力强度因了断裂判据K]【=K]【cKm=Kmc（c、K][c和Kmc分别是Ki、Kh和Km的临界值。裂纹尖端区域的应力场及应力强度因子裂纹所处的状态：静止状态、不稳定平衡状