斷裂力學與斷裂韌度(參考版)
2025-05-19 06:01本頁面
【正文】 在大范圍屈服條件下，達格代爾（ Dugdale）建立了帶狀屈服模型（ DM模型）導出了 COD表達式： 在裂紋開始擴展的臨界條件下： 在小范圍屈服臨界條件下： 平面應力條件下： 平面應變條件下： 還可以與其它斷裂韌度指標聯(lián)系起來： 。 二、裂紋尖端張開位移和斷裂韌度 ? 由于裂紋尖端的應變量較小，難于精確測定，于是提出了用裂紋尖端張開位移來間接表示應變量的大小。 ? 彈塑性條件下 ，因為不允許加載，裂紋擴展就意味著加載，所以 表示裂紋尺寸分別為 a 和（ a+△ a ）的兩個等同試樣，在加載過程中的勢能差值 △ 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)擴展問題，其臨界值對應點只是開裂點，而不一定是最后失穩(wěn)斷裂點。 在線彈性條件下， JI=GI， JI為 I型裂紋線積分。 ? 2. 如何實測中、低強度鋼的平面應變斷裂韌度 KIC 一、 J積分及斷裂韌度 JIC ? 賴斯（ J. R. Rice, 1968）對受載裂紋體的裂紋周圍的系統(tǒng)勢能 U進行了線積分，線彈性條件下 GI的線積分表達式如下： 在彈塑性條件下，如果將應變能密度改成彈塑性應變能密度，也存在上述關系， Rice稱其為 J積分： 在小應變條件下， J積分和積分路線無關，所以 J積分反映了裂紋尖端區(qū)的應變能，也就是應力集中程度。 彈塑性條件下金屬斷裂韌度的基本概念 ? 彈塑性斷裂力學主要解決兩方面的問題： ? 1. 廣泛使用的中、低強度鋼 σs低， KIC高，其中對于小型機件而言，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，有時塑性區(qū)尺寸甚至布滿整個韌帶，裂紋擴展前已整體屈服，如焊接件拐角處，這些由于應力集中和殘余應力較高而屈服的高應變區(qū)，就屬這種情況。 ? 2. 應變速率 ? 應變速率提高，可使 KIC下降，通常應變速率每增加一個數(shù)量級， KIC約下降 10%。 二、影響 KIC的因素 ? （一）材料成分、組織對 KIC的影響 ? 1. 化學成分的影響 ? 2. 基體相結構和晶粒大小的影響 ? 3. 雜質和第二相的影響 ? 4. 顯微組織的影響 （二）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的變化趨勢不同。 ? 無論是解理斷裂還是韌性斷裂， KIC都是強度和塑性的綜合性能，而特征距離是結構參量。 ? 試樣材料、加工和熱處理方法也要和實際工件盡量相同，試樣加工后需要開缺口和預制裂紋。 ? GIC下對應的平均應力為斷裂應力 σc，對應的裂紋尺寸為臨界裂紋尺寸 ac。 ? 當 GI增大到某一臨界值時， GI能克服裂紋失穩(wěn)擴展的阻力，則裂紋失穩(wěn)擴展斷裂。 ? 由于裂紋擴展的動力為 GI，而 GI為系統(tǒng)勢能 U的釋放率，所以確定 GI時必須知道 U的表達式。 ? 如果將裂紋延長為 a+ry，即裂紋頂點由 O點虛移至
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