材料的断裂韧性ppt课件.ppt

《材料的断裂韧性ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、材料的断裂韧性本章将以断裂力学的基本原理为基础，简要介绍材料断裂韧度的意义、影响因素及应用。主要内容:1)线弹性条件下的断裂韧性；2)弹塑性条件下的断裂韧性；3)影响材料断裂韧度的因素；4)断裂韧度在工程中的应用.重点：概念（低应力脆断、应力场强因子、断裂韧度、J积分；K、G、J和COD判据；断裂韧度与强度、塑性和冲击韧度的关系难点：裂纹尖端的应力场及应力强度因子KI十五863子课题验收汇报前言研究表明，很多脆断事故与构件中存在裂纹或缺陷有关，而且断裂应力低于屈服强度，即低应力脆断解决裂纹体的低应力脆断，形成了断裂力学这样一个新学科。断裂力学的研究内容包括裂纹尖端的应力和应变分析；建立新

2、的断裂判据；断裂力学参量的计算与实验测定，断裂机制和提高材料断裂韧性的途径等。十五863子课题验收汇报第一节线弹性条件下的断裂韧性线弹性断裂力学认为在脆性断裂过程中，裂纹体各部分的应力和应变处于线弹性阶段，只有裂纹尖端极小区域处于塑性变形阶段.处理问题有两种方法：另一种是能量分析方法，研究裂纹扩展时系统能量的变化，提出能量释放率及对应的断裂韧度和G判据。一种是应力应变分析方法，研究裂纹尖端附近的应力应变场，提出应力场强度因子及对应的断裂韧度和K判据；十五863子课题验收汇报一、裂纹扩展的基本方式(a)张开型(Ⅰ型);(b)滑开型(Ⅱ型);(c)撕开型(Ⅲ)型根据外加应力的类型及其与裂纹扩

3、展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有3种:十五863子课题验收汇报设有一承受均匀拉应力的无限大板，含有长为2a的I型穿透裂纹，其尖端附近(r，θ)处应力、应变和位移分量可以近似地表达如下：应力分量为:二、裂纹尖端的应力场及应力场强度因子KI十五863子课题验收汇报若裂纹尖端沿板厚方向(即z方向)的应变不受约束，,裂纹尖端处于两向拉应力状态，即平面应力状态。若裂纹尖端沿z方向的应变受到约束，，则裂纹尖端处于平面应变状态。此时，裂纹尖端处于三向拉伸应力状态，应力状态软性系数小，因而是危险的应力状态。平面应变状态应变分量为:十五863子课题验收汇报裂纹尖端任意一点的应力、应变和位移分量取决于该

4、点的坐标(r，θ)、材料的弹性模数以及参量KI平面应变状态位移分量为:υ为泊松比；E为拉伸弹性模数十五863子课题验收汇报若裂纹体的材料一定，且裂纹尖端附近某一点的位置(r，θ)给定，则该点的各应力、应变和位移分量唯一决定于KI值。KI值愈大，则该点各应力、应变和位移分量之值愈高，因此，KI反映了裂纹尖端区域应力场的强度，故称之为应力强度因子。它综合反映了外加应力和裂纹位置、长度对裂纹尖端应力场强度的影响，其一般表达式为Y为裂纹形状系数，取决于裂纹的类型，对于不同类型的裂纹，KI和Y的表达式见本章附表。（I的意义）十五863子课题验收汇报当应力和裂纹尺寸a单独或同时增大时，KI和裂纹尖端

5、的各应力分量也随之增大。当应力或裂纹尺寸a增大到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到材料的断裂韧性，裂纹便失稳扩展而导致材料的断裂，这时KI也达到了一个临界值，这个临界KI记为KIC或KC,称为断裂韧性(概念)，单位为Mpa·m1/2或KN·m-3/2，其是一个表示材料抵抗断裂的能力。三、断裂韧度KIC和断裂K判据(KC为平面应力断裂韧度,KIC为平面应变断裂韧度.同一种材料KC>KIC十五863子课题验收汇报KIC和KI的区别KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，它决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关。KIC是一个是材料的力学性能指标，

6、它决定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力以及试样尺寸等外在因素无关，为平面应变断裂韧度。根据应力场强度因子KI和断裂韧度KIC的相对大小，可以建立裂纹失稳扩展脆断K判据：KI≥KIC十五863子课题验收汇报塑性区的边界方程：平面应力平面应变裂纹尖端塑性区的形状四、裂纹尖端塑性区及KI的修正塑性区的边界方程图形如右下图：在x轴上,θ=0时,塑性区的宽度r0为平面应力：平面应变：十五863子课题验收汇报平面应力状态下应力松弛后塑性区尺寸为：可见：考虑应力松弛后，塑性区的尺寸扩大了1倍。平面应变塑性区宽度为：塑性区的宽度也扩大了1倍。应力松弛的影响下,平面应变塑性区宽度R0也是原r

7、0的两倍。应力松驰后的塑性区十五863子课题验收汇报平面应变状态是理论上的抽象。厚板件:表面处于平面应力状态,心部是平面应变状态。十五863子课题验收汇报可求得修正后的KI值，即平面应力：平面应变：当应力σ增大时，裂纹尖端的塑性区也增大，影响就越大，其修正就必要，通常情况下，当σ/σS≥0.6-0.7时，就需要修正。图4-6用等效裂纹修正KI十五863子课题验收汇报五、裂纹扩展能量释放率GIGriffith最早用能量法研究了玻璃、陶