動(dòng)載焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及設(shè)計(jì)--斷裂力學(xué)(編輯修改稿)
2025-04-24 14:24 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性力學(xué)理論分析圖 1所示，在裂紋尖端附近任一點(diǎn) P各應(yīng)力分量為： r 從上面式中看出 ， 各應(yīng)力分量均有一個(gè)共同的因子 ， 它表示裂紋在名義應(yīng)力作用下處于彈性平衡狀態(tài) ， 裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱 。 它的大小就確定裂紋尖端附近各點(diǎn)應(yīng)力大小 。 其應(yīng)力不僅與名義應(yīng)力 σ有關(guān) ， 而且與裂紋大小有關(guān) 。 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)無量綱的系數(shù) ， 2a裂紋長(zhǎng)度 。 )( aKK ????? aYaK ??? ????? 裂紋擴(kuò)展方式： （ 1） 張開型 ：在垂直裂紋面的拉應(yīng)力作用下，使裂紋張開而擴(kuò)展。（最危險(xiǎn)，著重研究）（ 2）滑移型 ：在平行于裂紋表面且垂直于裂紋前緣剪應(yīng)力作用下，使裂紋滑動(dòng)而擴(kuò)展。 （ 3） 撕裂型 ：在平行于裂紋表面且平行于裂紋前緣剪應(yīng)力作用下，使裂紋撕開而擴(kuò)展。 x xxyyyzzz? ?? ?? ? 裂紋擴(kuò)展形式 裂紋類型 ： 穿透裂紋、表面裂紋和內(nèi)部裂紋三種。 張開型是最常見又最危險(xiǎn)，裂紋容易擴(kuò)展，因此通常研究這種類型低應(yīng)力脆斷問題 2axyx?x?y?y? 3 平面應(yīng)力和平面應(yīng)變 （ 1） 平面應(yīng)力狀態(tài) : 任何彈性物體在受力產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變都是三向空間問題 ， 但在工程實(shí)際中有時(shí)往往可以簡(jiǎn)化為平面問題 ， 如當(dāng)σz=0,則就處于 σx、 σy 平面應(yīng)力狀態(tài) . 應(yīng)力： 應(yīng)變： )(1 E yx2x ???????? )( xy2y ?xyxy G ???xyxyxyyxzxyyXXXE)1(2G1)(E)(E1)(E1??????????????????????????由上式可見平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí)是三向應(yīng)變問題。 （ 2） 平面應(yīng)變狀態(tài) 如果在 Z方向把受力物體加以固定 ， 不能收縮 ，即 εx=0， 這時(shí)就相當(dāng)于在 Z方向加一個(gè)應(yīng)力 ζz，此時(shí)彈性內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變稱為平面應(yīng)變狀態(tài) 。 應(yīng)力： 應(yīng)變： ? ?xyxyyxzxyyyxxG)()1()21)(1(E1)1()21)(1(E)1(?????????????????????????????????????? ?? ?XYxyxyyyxxE)1(2)1(E1)1(E1????????????????????????? 平面應(yīng)力與平面應(yīng)變相同處 : 只要求出 σx,σy,σxy就可知 σz 平面應(yīng)力與平面應(yīng)變不同處 : 平面應(yīng)力狀態(tài) σz=0, 相當(dāng)構(gòu)件厚度很?。? 平面應(yīng)變狀態(tài) σz=μ(σx+σy),εz=0， 相當(dāng)于構(gòu)件厚度很大 。 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 。 應(yīng)力強(qiáng)度因子及其斷裂判據(jù) KⅠ 是與應(yīng)力大小正比 ， 是反映了裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度的力學(xué)參數(shù) 。 當(dāng)有裂紋的構(gòu)件在外力作用逐漸增大 ， 裂紋逐漸擴(kuò)展時(shí) ， 裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子 KⅠ 也隨之逐漸增加 ， 當(dāng) KⅠ 達(dá)到臨界值 ，構(gòu)件中的裂紋將產(chǎn)生突然的失穩(wěn)擴(kuò)張 ， 這個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度因子 KⅠ 的臨界值 ， 稱為臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子 ， 它就是材料的斷裂韌性 。 用 KⅠ c表示 。 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) 。 KⅠ c與試件的幾何形狀 （ 板厚 ） 、 受力情況 、試驗(yàn)環(huán)境 （ 溫度 ） 等因素有關(guān) 。 張開型裂紋在平面應(yīng)力狀態(tài)下 ， 最容易產(chǎn)生失穩(wěn)擴(kuò)展 ， 通常KⅠ c都是在厚板下用張開型裂紋下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ，求得平面應(yīng)變下平面應(yīng)變斷裂韌性 KⅠ c 線彈性斷裂力學(xué)在小塑性區(qū)的應(yīng)用 線彈性斷裂力學(xué)只適用于線彈性體 ， 而實(shí)際上金屬材料在裂紋尖端區(qū)總有少量塑性變形 ，線彈性斷裂力學(xué)原則上不再適用 ， 但當(dāng)裂紋尖端塑性區(qū)遠(yuǎn)較裂紋尺寸小 （ 稱為小范圍屈服 ）情況下 ， 仍可按線彈性斷裂力學(xué)的近似地估計(jì)出真實(shí)性能 ， 而被推廣使用 。 三 、 彈塑性狀態(tài)的斷裂力學(xué) 當(dāng)裂紋尖端的塑性尺寸達(dá)到同一數(shù)量級(jí)時(shí) ， 發(fā)生所謂大范圍屈服的情況 （ 這在中 、 低強(qiáng)度材料中是常見的 ） ， 裂紋尖端近處的應(yīng)力場(chǎng)已不能用彈性斷裂力學(xué)強(qiáng)度因子描述 ， 要用彈塑性斷裂力學(xué)來解決 。 目前裂紋張開位移 （ 所謂 COD） 和形變功差率（ 所謂 J積分 ） 來描述大范圍屈服裂紋尖端的力學(xué)狀態(tài) 。 裂紋尖端張開位移 COD COD就是材料受載后裂紋尖端的張開位移 ，一般用 δ表示 ， 它是描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的一個(gè)參量 。 COD當(dāng)裂紋開裂時(shí)的臨界值 δc作為材料斷裂韌性指標(biāo)。 用 δ≥δc作為斷裂判據(jù)來預(yù)計(jì)材料屈服破壞時(shí)的工作應(yīng)力和裂紋尺寸的關(guān)系。 J積分： J積分是采用圍繞裂紋尖端任意回路的能量線積分 ， 也就是用能量觀點(diǎn)來討論斷裂判據(jù) ， 這樣它就適用于裂紋尖端前有較大塑性區(qū)的材料斷裂問題 斷裂韌性的測(cè)定： 測(cè)定斷裂韌性的試樣不同于一般常規(guī)機(jī)械性能的試樣 ， 它有兩個(gè)基本特點(diǎn) ， 其一 ， 試樣需預(yù)制疲勞裂紋 ， 其二 ，試樣應(yīng)具有足夠的厚度 ， 以保證裂紋尖端附近處于平面應(yīng)變狀態(tài) 。 測(cè)定斷裂韌性試樣常用的有 三點(diǎn)彎曲試樣 和 緊湊拉伸試樣 狀態(tài) 。 四 、 斷裂力學(xué)在脆性破壞問題中的應(yīng)用 線彈性斷裂力學(xué)是采用 K1≥K1C斷裂判據(jù)來解決斷裂問題 ， 其
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1