材料力學性能教學課件ppt材料的斷裂韌性-文庫吧
2024-11-23 10:08 本頁面
【正文】 s i n )2 2 223c os ( 1 s i n s i n )2 2 22( ) (0(3s i n c os c os2 2 22IxIyz x yzIxyKrKrKr? ? ???? ? ???? ? ? ??? ? ???????????平 面 應 變 )平 面 應 力 )第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 11 位移分量（平面應變狀態(tài)）： 2212c o s [ 1 2 si n ]2212si n [ 2 ( 1 ) c o s ]22IIruKErvKE? ? ???? ? ????? ? ??? ? ?第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 12 （二）應力場強度因子 KI ?裂紋尖端區(qū)域各點的應力分量除了決定其位置外，尚與強度因子 KI有關。 ?對于某一確定的點，其應力分量由 KI決定，所以對于確定的位置， KI直接影響應力場的大小， KI增加，則應力場各應力分量也越大 。 ?因此， KI就可以表示應力場的強弱程度，稱為 應力場強度因子 。 第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 13 第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 14 第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 15 （三）斷裂韌度 KIc和斷裂 K判據(jù) ?KI是決定應力場強弱的一個復合力學參量，就可將它看作是推動裂紋擴展的動力，以建立裂紋失穩(wěn)擴展的力學判據(jù)與斷裂韌度。 ?當 σ和 a單獨或共同增大時， KI和裂紋尖端的各應力分量隨之增大。 ?當 KI增大到臨界值時，也就是說裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩(wěn)擴展而導致斷裂。 ?這個臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的 KI值就記作 KIC或 KC，稱為斷裂韌度。 第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 16 ?KIC： 平面應變下的斷裂韌度，表示在平面應變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。 ?KC： 平面應力斷裂韌度，表示平面應力條件材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。 ?但 KC值與試樣厚度有關，當試樣厚度增加，使裂紋尖端達到平面應變狀態(tài)時，斷裂韌度趨于一個穩(wěn)定的最低值，就是 KIC，與試樣厚度無關。 ?在臨界狀態(tài)下所對應的平均應力，稱為斷裂應力或裂紋體斷裂強度，記為 σc，對應的裂紋尺寸稱為臨界裂紋尺寸，記作 ac。 第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 17 KI和 KIC的區(qū)別： ?應力場強度因子 KI增大到臨界值 KIC時，材料發(fā)生斷裂，這個臨界值 KIC稱為斷裂韌度。 ?KI是力學參量，與載荷、試樣尺寸有關，而和材料本身無關。 ?KIC是力學性能指標，只與材料組織結構、成分有關，與試樣尺寸和載荷無關。 ?根據(jù) KI和 KIC的相對大小，可以建立裂紋失穩(wěn)擴展脆斷的斷裂 K判據(jù)，由于平面應變斷裂最危險，通常以 KIC為標準建立： I ICKK?第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 18 （四）裂紋尖端塑性區(qū)及 KI的修正 ?從理論上來講，按 KI建立的脆性斷裂判據(jù) KI≥KIC，只適用于彈性狀態(tài)下的斷裂分析。 ?實際上，金屬材料在裂紋擴展前，其尖端附近總要先出現(xiàn)一個或大或小的塑性變形區(qū)，這與缺口前方存在塑性區(qū)間相似，在塑性區(qū)內(nèi)應力應變關系不是線性關系，上述 KI判據(jù)不再適用。 ?試驗表明：如果塑性區(qū)尺寸較裂紋尺寸 a和靜截面尺寸很小時，小一個數(shù)量級以上，在小范圍屈服下，只要對 KI進行適當修正，裂紋尖端附近的應力應變場的強弱程度仍可用修正的 KI來描述。 第一節(jié) 線彈性條件下金屬斷裂韌度 19 1. 塑性區(qū)的形狀和尺寸 ?為確定裂紋尖端塑性區(qū)的形狀與尺寸，就要建立符合塑性變形臨界條件的函數(shù)表達式 r=f(θ)，該式對應的圖形就代表塑性區(qū)邊界形狀，其邊界值就是塑性區(qū)的尺寸。 ?根據(jù)材料力學，通過一點的主應力 σ σ σ3和 x 、y 、 z方向的各應力
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