斷裂力學(xué)第三章

1、1第1頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三裂紋的斷裂準則:帶裂紋的構(gòu)件發(fā)生斷裂的臨界條件.3.1 單一型裂紋的斷裂準則一.阻力曲線法 以平面應(yīng)力為例說明 1.裂紋擴展的推動力與試件的類型有關(guān) 2第2頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三2.裂紋擴展阻力 裂紋擴展單位長度所需要消耗的能量. 裂紋擴展 測定 計算 阻力曲線 3.臨界條件 只有 點是失穩(wěn)的擴展條件 3第3頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三二.能量判據(jù)三.應(yīng)力強度因子判據(jù) 4第4頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三3.2 最大周向正應(yīng)力理論一.復(fù)合

2、型裂紋斷裂判據(jù)需要解決的問題 裂紋沿什么方向擴展 確定開裂角; 裂紋在什么條件下開始擴展 確定臨界條件 二.最大周向正應(yīng)力判據(jù) 1.假定: 裂紋初始擴展沿著周向正應(yīng)力 為最大的方向. 當這個方向上的周向正應(yīng)力的最大值 達到臨界 時,裂紋開始擴展. 5第5頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三2.舉例:、型復(fù)合裂紋 因 ,各項均趨于無窮大 取 圓周上各點的 6第6頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三無實際意義 開裂條件: :由型裂紋的斷裂韌性來確定. 臨界失穩(wěn)條件 7第7頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三3.幾種特殊情況a.型,

3、b.型, c.中心斜裂紋的單向拉伸 沿裂紋面: 垂直裂紋面: 8第8頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三給定 確定臨界應(yīng)力 9第9頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三3.3 能量釋放率理論判據(jù),由帕立.尼斯威米(K.Palaniswamy)提出. 假設(shè): 裂紋沿產(chǎn)生最大能量釋放率的方向擴展. 當在上述確定的方向上,能量釋放率達到臨界值時,裂紋 開始擴展. 紐斯曼(Nuismer)利用連續(xù)性假設(shè)研究了能量釋放率與最大周向正應(yīng)力之間的關(guān)系. 假設(shè):沿 方向產(chǎn)生支裂紋, 平面應(yīng)變下,裂紋沿本身平面擴展時的能量釋放率為 10第10頁，共26頁，2022年，5

4、月20日，17點12分，星期三(沿裂紋方向擴展) 支裂紋的能量釋放率為:令 假設(shè)支裂紋尖端的應(yīng)力場趨近于擴展開始的原有裂紋尖端應(yīng)力場. 11第11頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三支裂紋沿 方向開始從原有裂紋擴展時的能量釋放率 12第12頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三根不是解 起始裂紋方向取于 周向應(yīng)力取平穩(wěn)值的方向與能量釋放率取平穩(wěn)值的方向 又當 13第13頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三周向應(yīng)力絕對值最大的方向是能量釋放率最大的方向 臨界條件 (平面應(yīng)變) 14第14頁，共26頁，2022年，5月20日，17點1

5、2分，星期三3.4 應(yīng)變能密度理論 判據(jù),薛昌明提出的基于局部應(yīng)變能密度場斷裂概念的 復(fù)合型判據(jù). 一.應(yīng)變能密度因子 平面應(yīng)變:、型復(fù)合型裂紋尖端附近的應(yīng)力場,利用疊加原理 15第15頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三彈性條件下:微元體 儲存的應(yīng)變能為 應(yīng)變能密度 16第16頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三應(yīng)變能密度因子表示裂紋尖端附近應(yīng)力場密度切的強弱程度 17第17頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三二.應(yīng)變能密度因子判據(jù) 假定: 裂紋沿應(yīng)變能密度因子最小方向(勢能密度最大)開始擴展. 應(yīng)變能密度因子達到臨界值時,裂

6、紋開始擴展. 型裂紋 18第18頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三應(yīng)力強度因子理論： 材料常數(shù) 型裂紋 19第19頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三平面應(yīng)變： 型裂紋 20第20頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三3.5 平面應(yīng)變斷裂韌度測定平面應(yīng)變斷裂韌度：彈性介質(zhì)中，具有型裂紋的構(gòu)件抵抗裂紋擴展的能力，或者說線彈性介質(zhì)中，型裂紋前端附件應(yīng)力場強度因子的臨界值. 是 中的最小值且趨于常值 . 是材料固有性能指標，是材料常數(shù). 只適用于線彈性，材料必須在小范圍屈服下失穩(wěn). 一.定義 21第21頁，共26頁，2022年，5月2

7、0日，17點12分，星期三二.試驗 標準：金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度標準測試方法 （美國材料試驗協(xié)會） :中國標準 1.試件a.三點彎曲試件22第22頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三b.緊湊拉伸試件美國 標準中的標準試件 c四點彎曲試件 拱形三點彎曲試件 單邊切口拉伸試件 中心切口拉伸試件 圓周切口桿狀拉伸23第23頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三2.測試原理載荷 裂紋張開位移 3.測試方法步驟 加工并預(yù)制裂紋 在試件切開張開端安裝位移傳感器 將試件放于試驗機上 連接 記錄儀 加載試驗，記錄 曲線 當試件不能承受更大載荷為止，記錄最大 24第24頁，共26頁，2022年，5月20日，17點12分，星期三4.試驗數(shù)據(jù)分析a.裂紋長度的確定要求： b. 的確定 （1）做切線OA（2）做割線OPS，斜率 比切線斜率小5% 25第25頁，共26頁，2022年，5月