【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 靜載下的過(guò)量變形 應(yīng) 用 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂： 材料在應(yīng)力作用下分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的部分現(xiàn)象 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 宏觀(guān)變形量的大小 韌性斷裂 脆性斷裂 斷裂前發(fā)生明顯的宏觀(guān)塑形變形 斷裂前不發(fā)生塑形變形 斷裂前 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 脆性斷裂沒(méi)有明顯征兆，危害性極大。 斷裂前發(fā)生明顯塑性變形，警告人們注意，不會(huì)造成嚴(yán)重事故 兩種斷裂的危害性對(duì)比 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 斷裂后斷口齊平，由無(wú)數(shù)的小平面組成 足夠的伸長(zhǎng)量才斷裂，斷口為杯形，呈暗灰色纖維狀 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 裂紋源或微裂紋逐漸擴(kuò)展到一臨界長(zhǎng)度的過(guò)時(shí)，立刻發(fā)生斷裂 1. 材料在外力下的微裂紋 2. 原有的內(nèi)部缺陷（微裂紋、空孔、雜質(zhì)等） 裂紋源 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展的過(guò)程 裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋自形成到擴(kuò)展至臨界擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力大，擴(kuò)展速度較慢 失穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋達(dá)到臨界長(zhǎng)度后的擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力小，擴(kuò)展速度快，可達(dá)聲音在該材料中的傳播速度 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展的過(guò)程 裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋自形成到擴(kuò)展至臨界擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力大，擴(kuò)展速度較慢 失穩(wěn)擴(kuò)展階段 ： 裂紋達(dá)到臨界長(zhǎng)度后的擴(kuò)展階段 特點(diǎn)： 裂紋擴(kuò)展阻力小，擴(kuò)展速度快，可達(dá)聲音在該材料中的傳播速度 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 裂紋形成后經(jīng)歷很長(zhǎng)的裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展與塑性變形同時(shí)進(jìn)行，變形停止，裂紋也停止擴(kuò)展，只有在增加外力使變形繼續(xù)時(shí)，裂紋才相應(yīng)的擴(kuò)展。 外力不斷增加，塑性變形不斷進(jìn)行，裂紋不斷擴(kuò)展，直到達(dá)到臨界裂紋長(zhǎng)度。最后失穩(wěn)擴(kuò)展而瞬時(shí)斷裂 裂紋形成后很快達(dá)到臨界長(zhǎng)度，不經(jīng)歷裂紋亞擴(kuò)展階段就進(jìn)入裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展速度快。 韌性斷裂前有明顯的塑性變形 脆性斷裂前無(wú)明顯塑性變形 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性斷裂 脆性斷裂 韌窩 齊整表面 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 一、韌斷和脆斷的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 韌性： 材料在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力，是材料輕度和塑性的綜合表現(xiàn)。 評(píng)定材料韌性的力學(xué)性能是： 沖擊韌性和斷裂韌性 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 二、沖擊韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別： 在加載速率不同，前者加載速率高，后者加載速率低。 應(yīng)變速率增加，使材料變脆傾向增大。 沖擊韌性： 用來(lái)評(píng)定材料在沖擊載荷下的脆斷傾向。 沖擊韌性： 用指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功 Ak表示。 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 二、沖擊韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 沖擊韌性試驗(yàn)： 基本原理： 用一定質(zhì)量的物體以一定的速度沖擊一定形狀的試樣，測(cè)量斷裂試樣需要的能量，以此能量值表示該材料的沖擊韌性。 勢(shì)能 12kA G H G H??擺錘的運(yùn)動(dòng)速率為 5m/s,試樣的應(yīng)變速率約為 310 /s第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 二、沖擊韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 沖擊韌度： → 衡量材料沖擊韌性的力學(xué)性能指標(biāo) |kKAak k ka A F?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 針對(duì)防止脆性斷裂： 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法要求： [] s k? ? ??? δ、 ψ和韌性 不可能可靠地保證零件不發(fā)生低應(yīng)力脆斷。 原因：沒(méi)考慮一般材料中都存在著微小的宏觀(guān)裂紋。 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂力學(xué)的發(fā)展： 提出評(píng)定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)： — 斷裂韌度 ICK度 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂韌度 ：材料的固有特性，基本力學(xué)常數(shù)，對(duì)成分、組織敏感，可以通過(guò)合金化、熱處理來(lái)改變。 ICK第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 三、斷裂韌性及衡量指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 斷裂力學(xué)的發(fā)展： 提出評(píng)定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)： — 斷裂韌度 ICK可控三參數(shù) 換算 臨界條件 工作應(yīng)力 實(shí)際裂紋半長(zhǎng)度 是否安全 安全可靠 安全可靠 安全可靠 IcK c? ca12IcK Y a??12ICcKYa? ? ? ?2c ICa K Y ??c???I IcKK?caa?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 脆性斷裂 韌性斷裂 一定條件 決定材料斷裂類(lèi)型的主要因素： 加載方式和材料本質(zhì)： 溫度和加載速度 應(yīng)力集中 零件尺寸 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類(lèi)型的主要因素： 1. 加載方式和材料本質(zhì)： x y z xy?xz?xx?yy?yz?yx?zy?zz?zx?x y x?y?y?x?y?x?y?x?x y x?y?y?x?y?x?y?x?n ? ????以主平面為單元體的各面則稱(chēng)為主單元體 x y x?y?y?x? 1P?2P?????從變形體內(nèi)任意點(diǎn)取出的單元體稱(chēng)為原始單元體 主單元體的各表面上只有正應(yīng)力，沒(méi)有切應(yīng)力 對(duì)平面應(yīng)力狀態(tài)， z平面也為一個(gè)主平面，其上的主應(yīng)力為零。 故平面應(yīng)力狀態(tài)有三個(gè)主應(yīng)力： ??????? 按代數(shù)值大小排列為 ?1? ?2 ? ?3 分別稱(chēng)為 第一主應(yīng)力，第二主應(yīng)力，第三主應(yīng)力， 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類(lèi)型的主要因素： 1. 加載方式和材料本質(zhì)： 最大切應(yīng)力： 最大正應(yīng)力： ? ?m a x 1 3 2? ? ???? ?m a x 1 1 3? ? ? ? ?? ? ?第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類(lèi)型的主要因素： 2. 溫度和加載速度： 屈服強(qiáng)度： 正斷強(qiáng)度： s?k?韌脆轉(zhuǎn)變溫度 kT第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類(lèi)型的主要因素： 3. 應(yīng)力集中： 由于構(gòu)件幾何形狀突變?cè)斐删植繎?yīng)力急劇增高 ? ? ? ? ? ? ? ?max 應(yīng)力集中的程度由應(yīng)力集中因數(shù) K 表示 ?? max?K第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類(lèi)型的主要因素： 3. 應(yīng)力集中： 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 四、影響脆斷的因素 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 決定材料斷裂類(lèi)型的主要因素： 平面應(yīng)力狀態(tài)，在 Z方向可以自由變形。 平面應(yīng)變狀態(tài)， Z方向彈性約束阻止了該方向的變形。 第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂 總 結(jié) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 一 . 疲勞的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 s?k?kT第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 一 . 疲勞的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 交變載荷：載荷的大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。 參量： 最大應(yīng)力 最小應(yīng)力： max?min?應(yīng)力幅 2a????平均應(yīng)力 應(yīng)力比 ? ?m a x m i n 2m? ? ???m in m axr ???應(yīng)力變程 m a x m in? ? ?? ? ?第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂 一 . 疲勞的基本概念 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 交變載荷：載荷的大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。 m in m a x 1r ??? ? ?? ?m a x m i n 20m? ? ?? ? ?火車(chē)軸（彎曲） 曲軸（扭轉(zhuǎn)） m in m a x 0r ????? ?m a x m i n 20m? ? ?? ? ? 連桿 小拉大壓 第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂