高分子材料的斷裂ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-31 18:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0 Griffith斷裂理論 σ σ 一相當(dāng)大的板狀式樣，單位厚度（ B=1），上下端施加均布載荷 σ，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后把上下端固定起來(lái)，構(gòu)成能量的封閉體系，此時(shí)板中儲(chǔ)存的初始彈性應(yīng)變能 U0為 VEU220??高分子材料性能學(xué) 31 σ σ 2a 在板上割開(kāi)一個(gè)垂直于拉伸方向的穿透裂紋，長(zhǎng)度為 2a 系統(tǒng)釋放的能量為 EaU 221????EaU 221)1( ??? ??? (平面應(yīng)力 — 薄板問(wèn)題 ) （平面應(yīng)變 — 厚板） 高分子材料性能學(xué) 32 割開(kāi)長(zhǎng)度為 2a的裂紋后，形成了裂紋表面，從而增加了表面能， 設(shè) γ為單位面積的表面能，則新增加的表面能為（厚度 B＝ 1） U2＝ 4aγ 形成裂紋后，平面應(yīng)力條件下系統(tǒng)總的能量 U為 ???? aEaVEUUUU 42222210 ??????高分子材料性能學(xué) 33 對(duì)裂紋長(zhǎng)度 a求一次偏微分，并使其為零，有 0422?????? ??? E aaU裂紋長(zhǎng)度有一臨界值 ac 22???Eac ?當(dāng)裂紋長(zhǎng)度 aac時(shí)，裂紋不會(huì)擴(kuò)展； 若 aac ，裂紋將失穩(wěn)擴(kuò)展。 高分子材料性能學(xué) 34 當(dāng)裂紋長(zhǎng)度為定值時(shí)應(yīng)力 σ的臨界值 σc 212???????aEc ???對(duì)應(yīng)著物體內(nèi)一定長(zhǎng)度的裂紋 a，存在著一個(gè)臨界應(yīng)力σc，當(dāng)外加應(yīng)力 σσc時(shí)，裂紋便會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展。 平面應(yīng)變 212 )1(2????????aEc ????高分子材料性能學(xué) 35 ? ?? ?? ??????????????????????平面應(yīng)變平面應(yīng)力2122112??????EEac常數(shù)?ac?材料的斷裂應(yīng)力 σ 和材料中存在的裂紋的長(zhǎng)度 a 之積為一常數(shù)，該常數(shù)反映了材料抵抗斷裂的能力。 高分子材料性能學(xué) 36 有一材料 E=2 1011 N/m2， γ=8 N/m，試計(jì)算 在 7 107N/m2的拉伸應(yīng)力作用下，該材料的臨界 裂紋長(zhǎng)度？ ? ?mmEa c 10781022227112????????????mma c ?高分子材料性能學(xué) 37 2 斷裂的分子理論 高分子材料的斷裂過(guò)程為：個(gè)別處于高應(yīng)力集中區(qū)的原子鍵首先斷裂，然后出現(xiàn)亞微觀(guān)裂紋，再發(fā)展成材料宏觀(guān)破裂。也即經(jīng)歷一個(gè)從裂紋引發(fā)（成核）到裂紋擴(kuò)展的過(guò)程。 高分子材料性能學(xué) 38 斷裂的分子理論認(rèn)為，材料宏觀(guān)斷裂過(guò)程可看成微觀(guān)上原子鍵斷裂的熱活化過(guò)程，這個(gè)過(guò)程與時(shí)間有關(guān)。 設(shè)材料材料的承載壽命為 τ， 在拉伸應(yīng)力 σ作用下 ，材料壽命與所加應(yīng)力有如下關(guān)系： ?????? ??RTU ???? ex p0 外力降低了活化勢(shì)壘，使材料承載壽命降低，加速了材料的破壞。溫度升高，材料壽命也降低，強(qiáng)度下降。 高分子材料性能學(xué) 39 2022年 8月 28日 一艘巴拿馬油輪 在埃及蘇伊士港 斷裂為兩段 傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論：材料為連續(xù)、均勻的、各向同性的 受載體，斷裂是瞬時(shí)發(fā)生的。 斷裂的準(zhǔn)則是 σ max≤ σ s/n， n1 斷裂韌度 高分子材料性能學(xué) 40 低應(yīng)力脆斷 低應(yīng)力脆斷： 工程材料和構(gòu)件，在工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服極限的情況下發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。 宏觀(guān)裂紋引起的 為什么？如何防止？ 斷裂力學(xué) 高分子材料性能學(xué) 41 斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括 : ?裂紋尖端的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能的分析； ?提出描述裂紋體應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)的力學(xué)參量及計(jì)算方法； ?建立新的斷裂判據(jù)； ?研究斷裂機(jī)制和提高材料斷裂韌性的途徑等。
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