弹塑性断裂力学简介(第7章)ppt课件.ppt

《弹塑性断裂力学简介(第7章)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、第7章弹塑性断裂力学简介7.1裂纹尖端的小范围屈服7.2裂纹尖端张开位移7.3COD测试与弹塑性断裂控制设计返回主目录1用线弹性材料物理模型，按照弹性力学方法，研究含裂纹弹性体内的应力分布，给出描述裂纹尖端应力场强弱的应力强度因子K，并由此建立裂纹扩展的临界条件,处理工程问题。第七章弹塑性断裂力学简介线弹性断裂力学(LEFM)线弹性断裂力学给出的裂纹尖端附近的应力趋于无穷大。然而，事实上任何实际工程材料，都不可能承受无穷大的应力作用。因此，裂尖附近的材料必然要进入塑性，发生屈服。2Linearelasticf

2、racturemechanicspredictsinfinitestressesatthecracktip.Inrealmaterials,however,stressatthecracktiparefinitebecausethecracktipradiusmustbefinite.Inelasticmaterialdeformation,suchasplasticityinmetal,leadstofurtherrelaxationofthecracktipstress.线弹性断裂力学预测裂纹尖端应力无穷

3、大。然而在实际材料中，由于裂尖半径必定为有限值，故裂尖应力也是有限的。非弹性的材料变形，如金属的塑性，将使裂尖应力进一步松弛。37.1裂纹尖端的小范围屈服1.裂尖屈服区当r0时，s，必然要发生屈服。因此，有必要了解裂尖的屈服及其对K的影响。无限大板中裂纹尖端附近任一点(r,)处的正应力x、y和剪应力xy的线弹性解为：ssxy2adxdyrqsysxtxyssqyar=+221cos[qq232sinsin]tsqqqxyar=22232sincoscosssqxar=-221cos[qq232s

4、insin](5-1)4这里仅简单讨论沿裂纹线上屈服区域的大小。线弹性断裂力学裂尖附近任一点处的x、yxy，一点的应力状态计算主应力屈服准则裂纹尖端屈服区域的形状与尺寸ssqyar=+221cos[qq232sinsin]tsqqqxyar=22232sincoscosssqxar=-221cos[qq232sinsin](5-1)在裂纹线上(=0)，注意到，有；aKps=rKrayxpsss221===0=xyt；ssxy2adxdyrqsysxtxy5对于平面问题，还有：yz=zx=0；z=

5、0平面应力z=(x+y)平面应变rKrayxpsss221===0=xyt；则裂纹线上任一点的主应力为：îíì=rKpns2/2013平面应力平面应变ssrKp2121==；塑性力学中，vonMises屈服条件为：213232221)()()(sssss22yss=-+-+-s6将各主应力代入Mises屈服条件，得到：(平面应力)(平面应变)ysprKsp=2/1ysprsp=2Kn-/)21(1式中，ys为材料的屈服应力，为泊松比。对于金属材料，0.3，这表明平面应变情况下裂尖塑性区比平面应

6、力时小得多。故塑性屈服区尺寸rp为：(平面应力)21)(21yspKrsp=221)21()(21nsp-=yspKr(平面应变)(7-3)7虚线为弹性解，r0，y。由于y>ys，裂尖处材料屈服，塑性区尺寸为rp。当=0时(在x轴上)，裂纹附近区域的应力分布及裂纹线上的塑性区尺寸如图。rpaxyysABDoHK与原线弹性解(虚线HK)相比较，少了HB部分大于ys的应力。假定材料为弹性-理想塑性，屈服区内应力恒为ys，应力分布应由实线AB与虚线BK表示。8Thesimpleanalysis

7、asaboveisnotstrictlycorrectbecauseitwasbasedonanelasticcracktipsolution.Whenyieldingoccurs,stressmustredistributeinordertosatisfyequilibrium.rpaxyysABDoHK上述简单分析是以裂纹尖端弹性解为基础的，故并非严格正确的。屈服发生后，应力必需重分布，以满足平衡条件。TheregionABHrepresentsforcesthatwouldbepresentinan

8、elasticmaterialbutcannotbecarriedintheelastic-plasticmaterialbecausethestresscannotexceedyield.Theplasticzonemustincreaseinsizeinordertocarrytheseforces.ABH区域表示弹性材料中存在的力，但因为应力不能超过屈服，在弹塑性材料中却不能承受。为了承受这些