斷裂力學(xué)與斷裂韌度-資料下載頁
2025-05-15 06:01本頁面
【正文】 影響 KIC的外界因素 ? 1. 溫度 ? 通常鋼的 KIC都隨著溫度的降低而下降，然而 KIC的變化趨勢(shì)不同。 ? 中低強(qiáng)度鋼都有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，在 tk以上，材料主要是微孔聚集型的韌性斷裂， KIC較高，而在 tk以下，材料主要為解理型脆性斷裂， KIC很低。 ? 2. 應(yīng)變速率 ? 應(yīng)變速率提高，可使 KIC下降，通常應(yīng)變速率每增加一個(gè)數(shù)量級(jí)， KIC約下降 10%。但是當(dāng)應(yīng)變速率很大時(shí)，形變熱量來不及傳導(dǎo)，造成絕熱狀態(tài)，導(dǎo)致局部升溫， KIC又有所增加。 彈塑性條件下金屬斷裂韌度的基本概念 ? 彈塑性斷裂力學(xué)主要解決兩方面的問題： ? 1. 廣泛使用的中、低強(qiáng)度鋼 σs低， KIC高，其中對(duì)于小型機(jī)件而言，裂紋尖端塑性區(qū)尺寸較大，接近甚至超過裂紋尺寸，已屬于大范圍屈服條件，有時(shí)塑性區(qū)尺寸甚至布滿整個(gè)韌帶，裂紋擴(kuò)展前已整體屈服，如焊接件拐角處，這些由于應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力較高而屈服的高應(yīng)變區(qū)，就屬這種情況。 ? 對(duì)于這類彈塑性裂紋的斷裂，用應(yīng)力強(qiáng)度因子修正已經(jīng)無效，而要借助彈塑性斷裂力學(xué)來解決。 ? 2. 如何實(shí)測(cè)中、低強(qiáng)度鋼的平面應(yīng)變斷裂韌度 KIC 一、 J積分及斷裂韌度 JIC ? 賴斯（ J. R. Rice, 1968）對(duì)受載裂紋體的裂紋周圍的系統(tǒng)勢(shì)能 U進(jìn)行了線積分，線彈性條件下 GI的線積分表達(dá)式如下： 在彈塑性條件下，如果將應(yīng)變能密度改成彈塑性應(yīng)變能密度，也存在上述關(guān)系， Rice稱其為 J積分： 在小應(yīng)變條件下， J積分和積分路線無關(guān)，所以 J積分反映了裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，也就是應(yīng)力集中程度。 對(duì)于彈塑性材料，由于塑性變形是不可逆的，只有在單調(diào)加載，不發(fā)生卸載時(shí)，才存在積分與路徑無關(guān)。 在線彈性條件下， JI=GI， JI為 I型裂紋線積分。 ? 線彈性條件下 ， 表示含有裂紋尺寸 a的試樣，擴(kuò)展為 a+△ a后系統(tǒng)勢(shì)能的釋放率。 ? 彈塑性條件下 ，因?yàn)椴辉试S加載，裂紋擴(kuò)展就意味著加載，所以 表示裂紋尺寸分別為 a 和（ a+△ a ）的兩個(gè)等同試樣，在加載過程中的勢(shì)能差值 △ U與裂紋長度差值 △ a的比率，就是形變功差率，所以 J積分不能處理裂紋的連續(xù)擴(kuò)展問題，其臨界值對(duì)應(yīng)點(diǎn)只是開裂點(diǎn)，而不一定是最后失穩(wěn)斷裂點(diǎn)。 ? 平面應(yīng)變條件下， J積分的臨界值JIC也稱斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力。 二、裂紋尖端張開位移和斷裂韌度 ? 由于裂紋尖端的應(yīng)變量較小，難于精確測(cè)定，于是提出了用裂紋尖端張開位移來間接表示應(yīng)變量的大小。 ? 假設(shè)一個(gè)中、低強(qiáng)度鋼無限大的板中有 I型穿透裂紋，在平均應(yīng)力作用下裂紋兩端出現(xiàn)塑性區(qū)，裂紋尖端沿平均應(yīng)力方向張開，張開位移就稱為 COD（ Crack Opening Displacement）。 在大范圍屈服條件下，達(dá)格代爾（ Dugdale）建立了帶狀屈服模型（ DM模型）導(dǎo)出了 COD表達(dá)式： 在裂紋開始擴(kuò)展的臨界條件下： 在小范圍屈服臨界條件下： 平面應(yīng)力條件下： 平面應(yīng)變條件下： 還可以與其它斷裂韌度指標(biāo)聯(lián)系起來：
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