【文章內(nèi)容簡介】 1 = ? p 式中： 本章基本概念 應力強度因子 K反映了裂尖應力場的強弱； K的量綱為 [應力 ][長度 ]1/2，常用 MPa 。 m 25 裂尖的 應力強度因子 K1可以更一般地寫為： K a f a W 1 = ? p ( , , . . . ) 對于承受拉伸的無限寬中心裂紋板， f=1； 對于無限寬單邊裂紋板， f=。 裂紋尺寸和形狀 作用應力 材料斷裂韌性 K1C 斷裂三要素 或 K?K1C K f a W a = ( , ) L ? p ? K c 1 斷裂判據(jù)： 抗力 作用 26 When designing a structure against fracture, there are three critical variables that must be considered: applied stress, flaw size, and the fracture toughness of material. Fracture mechanics provides a mathematical relationship between these quantities. A knowledge of two quantities is required to pute the third. 在結構抗斷設計時，必須考慮三個關鍵因素：作用應力、缺陷尺寸和材料的斷裂韌性。斷裂力學給出了這些量間的數(shù)學關系。要計算第三個量，需要知道另外二者。 27 The fracture design methodology should be based on the available date, such as material properties, environment, and the loading on the structure. If K1C date are available and the design stress is low, LEFM may be appropriate. 斷裂設計方法應當以可用數(shù)據(jù)為基礎，如材料性能、使用環(huán)境及作用于結構的載荷。如果有 K1C 數(shù)據(jù)可用且設計應力低，用線彈性斷裂力學是恰當?shù)摹? 28 習題： 51， 57 再 見 第一次課完 請繼續(xù)第二次課 返回主目錄 29 第五章 斷裂失效與斷裂控制設計 結構中的裂紋 裂紋尖端的應力強度因子 控制斷裂的基本因素 材料的斷裂韌性 K1c 斷裂控制設計 返回主目錄 30 K f a W a = ( , ) L ? p ? K c 1 斷裂判據(jù)： 抗力 作用 作用 K=f (?, a, ...) 由力學分析得到； 彈性力學方法，有限元法，手冊等。 抗力 K1C 由材料斷裂實驗獲得； 按標準試驗方法 ( 如 GB416184 ) 。 31 材料的斷裂韌性 K1c L=4W W a P 三點彎曲（ B=W/2） 1）標準試件 ( GB416184 ) 應力強度因子： ] ) ( 7 . 38 ) ( 6 . 37 ) ( 8 . 21 ) ( 6 . 4 ) ( 9 . 2 [ 2 / 9 2 / 7 2 / 5 2 / 3 2 / 1 2 / 3 W a W a W a W a W a BW PL K + + = ])(6 39)(1 01 7)( 55)( 85)([ 2/92/72/52/32/12/1 WaWaWaWaWaBW PK ++=2孔 f P P a W 緊湊拉伸（ B=W/2） 裂紋預制 :電火花 切割一切口，使用鉬絲直徑約。用疲勞載荷預制裂紋，應使 Da ? 。 疲勞載荷越小，裂紋越尖銳，所需時間越長。為保證裂紋足夠尖銳，要求循環(huán)載荷中 Kmax(2/3)K1c。 32 XY記錄儀 P V 2）試驗裝置 監(jiān)測載荷 P、 裂紋張開位移 V， 得到 試驗 PV曲線，確定裂紋開始擴展時的載荷 PQ和裂紋尺寸a， 代入應力強度因子表達式， 即可 確定 Kc。 P P 試件 試驗機 放大器 力傳感器輸出 P 引伸計輸出 V 33 3) PQ的確定： 若在 P5前無載荷大于 P5， 則取 PQ=P5； 若在 P5前有載荷大于 P5， 則取該載荷為 PQ。 作比 PV線性部分斜率小 5%的直線，交 PV于 P5。 Pmax P 0 V P5 0 0 P5 Pmax PQ=Pmax Pmax PQ PQ=P5 P5 試驗有效條件 Pmax / PQ 34 預制裂紋的前緣一般呈弧形 ， 故實際裂紋尺寸應打開試件斷口后測量值確定 。 四等分厚度， 用工具顯微鏡 量取五個處裂紋尺寸，取 a=(a2+a3+a4)/3 。 4) 裂紋尺寸 a的確定： B W a1 a2 a3 a4 a5 為保證裂紋的平直度，還要求滿足： [a(a1+a5)/2]? 35 討論：厚度的影響 實驗表明，材料斷裂時應力強度因子 Kc與試件的厚度 B有關。 K K 1c B K c 平面 應變區(qū) 平面應變：厚度足夠大時，沿厚度方向的變形被約束在垂直于厚度方向的平面內(nèi)，可以不計。 厚度 B ， Kc ； B (K1c/?ys)2后， Kc最小， 平面應變斷裂韌性 K1c。 K1c是材料的平面應變斷裂韌性，是材料參數(shù)； Kc是材料在某給定厚度下的臨界斷裂值。 36 平面應變厚度要求： B (K1c/?ys)2 預制裂紋尺寸： Da； a0+Da 預制裂紋時的疲勞載荷： Kmax (2/3)K1c。 匯總 ： 試驗有效性條件與尺寸要求 (國標 GB416184) 斷裂載荷有效性： Pmax / PQ 。 裂紋平直度有效性： [a(a1+a5)/2)]/a10% K1c與溫度有關。溫度越低， K1c越小，材料越易發(fā)生斷裂。應特別注意低溫脆斷的發(fā)生。 37 GB/T 41611984 金屬材料平面應變斷裂韌度 K1c試驗方法 ASTM E74088(1995)e1 Standard Practice for Fracture Testing with SurfaceCrack Tension Specimens 用表面裂紋拉伸試樣進行斷裂試驗 GB/T 77321987 金屬板材表面裂紋斷裂韌度 K1c試驗方法 相關試驗標準： ASTM E39990e1 Standard Test Method for PlaneStrain Fracture Toughness of Metallic Materials