動(dòng)載焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及設(shè)計(jì)--斷裂力學(xué)-全文預(yù)覽
【正文】 處于平面應(yīng)變狀態(tài) 。 目前裂紋張開(kāi)位移 （ 所謂 COD） 和形變功差率（ 所謂 J積分 ） 來(lái)描述大范圍屈服裂紋尖端的力學(xué)狀態(tài) 。 它反映了材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展 ， 即抵抗脆性斷裂的能力 ， 所以平面應(yīng)變條件下的脆性斷裂判據(jù)為 KⅠ ≥KⅠ c KⅠ c稱為材料的斷裂韌性 ， 由實(shí)驗(yàn)得出 ， 表示材料抗裂能力的力學(xué)性能指標(biāo) 。 由此可得出板厚關(guān)系到斷裂形式 ， 隨厚度的增加 ， 其塑性變形減少 ， 向平面應(yīng)變狀態(tài)發(fā)展 ，容易引起三向應(yīng)力的斷裂 。 x xxyyyzzz? ?? ?? ? 裂紋擴(kuò)展形式 裂紋類(lèi)型 ： 穿透裂紋、表面裂紋和內(nèi)部裂紋三種。 因此 ， K1表示尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱的因子 ， 簡(jiǎn)稱應(yīng)力強(qiáng)度因子： ? Y裂紋形狀因子 ， 是一個(gè)無(wú)量綱的系數(shù) ， 2a裂紋長(zhǎng)度 。 )0,( ?? ?? rfyxy?n?yx?y?x? )23sin2sin1(2cos2??????? ??rax )23sin2sin1(2cos2 ??????? ?? ray )23cos2cos2sin2 ????? rxy二 裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子 應(yīng)力強(qiáng)度因子 : 線彈性斷裂力學(xué)認(rèn)為，材料脆性斷裂前基本上是彈性變形，其中應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是線性關(guān)系，在這樣條件下，就可用材料力學(xué)來(lái)分析裂紋擴(kuò)展的規(guī)律。 用于裂紋尖端產(chǎn)生小范圍屈服的研究 ， 在工程實(shí)踐中應(yīng)用于超高強(qiáng)度鋼 、 厚截面中強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu) ， 塑性變形小和對(duì)中低強(qiáng)度鋼的結(jié)構(gòu) 。 裂紋不穩(wěn)定擴(kuò)展： 是指裂紋在不需要外界繼續(xù)提供能量情況下裂紋就擴(kuò)展 ， 低應(yīng)力脆斷時(shí)裂紋擴(kuò)展屬于此種 。 （ 一 ） 斷裂力學(xué)研究任務(wù) 通過(guò)研究裂紋尖端局部區(qū)域的應(yīng)力和變形情況 ， 掌握裂紋在外載荷作用下擴(kuò)展規(guī)律 ，了解帶裂紋構(gòu)件的承載能力 ， 從而提出抗斷設(shè)計(jì)的方法 ， 保證構(gòu)件的安全工作 。 眾多焊接結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂事故中，可以清楚的看到焊接接頭的重要影響，疲勞破壞一般都是從應(yīng)力集中處開(kāi)始，而焊接結(jié)構(gòu)的疲勞裂縫又往往從焊接接頭的應(yīng)力集中處產(chǎn)生。 疲勞斷裂與脆性斷裂相比較： 相同點(diǎn)： 二者斷裂時(shí)形變都很小 ， 并都在動(dòng)載作用下斷裂 ， 不同點(diǎn)： （ 1） 載荷：疲勞斷裂需要多次加載 ， 而脆斷一般不需要多次加載； （ 2） 時(shí)間：脆斷是瞬時(shí)完成的 ， 而疲勞裂縫的擴(kuò)展則是緩慢的 ， 有時(shí)需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的時(shí)間 。 （ 3） 加載速度的影響 研究表明提高加載速度能促使材料脆性破壞 ， 其作用相當(dāng)于降低溫度 。實(shí)驗(yàn)證明，許多材料處于單軸或雙軸拉伸應(yīng)力下，呈現(xiàn)塑性，當(dāng)處于三軸拉伸應(yīng)力下，因不易發(fā)生塑性變形，呈現(xiàn)脆性。 α↑的應(yīng)力狀態(tài)有利塑性變形切應(yīng)力的韌性斷裂 ， 而 α↓則有利正應(yīng)力的脆性斷裂 。 由于解理斷裂通常發(fā)生在體心立方和密集六方點(diǎn)陣的金屬和合金中 ， 只在特殊情況下 ， 如應(yīng)力腐蝕條件下 ， 才在面心立方點(diǎn)陣的金屬中發(fā)生 ， 因此面心立方點(diǎn)陣的金屬 （ 如奧氏不銹鋼 ） ， 可以在很低溫度下工作而不發(fā)生脆性斷裂 。 此外晶粒度及其顯微組織對(duì)材料破壞傾向也有很大影響 。 大量脆斷事故研究表明 ， 造成焊接脆斷的原因是多方面的：主要是材料選用不當(dāng) ， 設(shè)計(jì)不合理和制造工藝及檢驗(yàn)技術(shù)不完善等 。 (2) 脆斷往往從應(yīng)力集中處開(kāi)始 ， 即構(gòu)件內(nèi)存在缺陷 ，尤其焊接裂縫等 。 但是在一定條件下 ， 低碳鋼構(gòu)件也會(huì)發(fā)生脆性斷裂 。 事故原因?yàn)榈蛻?yīng)力脆斷 。 (3)跨度 的亥倫脫爾一奧蘭 (HerenthalsOlen)大橋在 1940 年 1 月 19 日破壞 ， 當(dāng)時(shí)的氣溫為 14℃ ， 其中有一條裂縫長(zhǎng)達(dá) ， 寬為 25mm， 但此橋未坍落 ，且在開(kāi)裂后 5h， 當(dāng)一列火車(chē)通過(guò)時(shí)此橋竟平安無(wú)事 。材料為比利時(shí) 9t42 轉(zhuǎn)爐鋼 。動(dòng)載焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及其設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)楊建國(guó) ( IWET/) 斷 裂 力 學(xué) ( ) 自從焊接結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用以來(lái) ， 發(fā)現(xiàn)以承受動(dòng)載為主的焊接結(jié)構(gòu) ， 在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命時(shí)就出現(xiàn)破壞現(xiàn)象 ， 通常發(fā)生 脆性斷裂 和 疲勞斷裂 兩大類(lèi)破壞事故 。 例子： ? 第二次世界大戰(zhàn)前夕 ， 在比利時(shí)的阿爾貝特 (Albert)運(yùn)河上建造了約 50 座全焊接拱形空腹式桁架鋼橋 。 該橋跨度， 該橋第一條裂縫由下弦開(kāi)始并發(fā)生巨響 ，6min 后垮塌 ,當(dāng)時(shí)橋上荷載很小 ,氣溫較低 ,為 20℃ 。 國(guó)內(nèi)典型例子 1995年 1月 8日發(fā)生在黑龍江省某地的糖廠 ，該糖廠一臺(tái)使用了 20年的直徑為 24m、 高 16m的圓筒形糖蜜貯罐在凌晨五點(diǎn)左右突然開(kāi)裂 ，導(dǎo)致 4000噸糖蜜傾瀉而出 ， 造成人員和巨大經(jīng)濟(jì)損失 。 同一材料在不同條件下也會(huì)出現(xiàn)不同斷裂形式 ， 例如低碳鋼通常認(rèn)為是塑性很高 ，被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)中 。 脆性斷裂的特點(diǎn)為： (1) 脆斷一般都在應(yīng)力不高于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)力和沒(méi)有顯著的塑性變形的情況下發(fā)生 。 ? 脆性斷裂根本之原因是材料局部處塑性變形能不足所致 。 這就是說(shuō)在一定的溫度 、 應(yīng)力狀態(tài)和加載速度下 ， 材料如果是塑性破壞 ， 而在另外條件下 ， 材料可呈脆性破壞 。 塑性到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變溫度稱為 材料轉(zhuǎn)變溫度 ， 此溫度越高 ， 材料的脆斷可能性增加 。 α稱為 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) ， 與加載方式和構(gòu)件形狀有關(guān) 。力學(xué)狀態(tài)圖可以用來(lái)解 釋 許多斷裂現(xiàn)象。 這說(shuō)明了為什么脆斷事故一般都起源于具有嚴(yán)重應(yīng)力集中效應(yīng)的缺口處 ， 而在試驗(yàn)中也只有引入這樣的缺口才能產(chǎn)生脆性行為 。 ? 疲勞斷裂 疲勞斷裂是金屬結(jié)構(gòu)在動(dòng)載作用下失效的一種主要
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