斷裂力學(xué)習(xí)題.doc

斷裂力學(xué)習(xí)題一、問(wèn)答題1、什么是裂紋？2、試述線彈性斷裂力學(xué)的平面問(wèn)題的解題思路。3、斷裂力學(xué)的任務(wù)是什么？4、試述可用于處理線彈性條件下裂紋體的斷裂力學(xué)問(wèn)題兩種方法：5、試述I型裂紋雙向拉伸問(wèn)題中的邊界條件，如何根據(jù)該邊界條件確定一復(fù)變函數(shù)，并由此構(gòu)成應(yīng)力函數(shù)，最后寫出問(wèn)題的解。6、什么是應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K1？什么是材料的斷裂韌度K1C？對(duì)比單向拉伸條件下的應(yīng)力及斷裂強(qiáng)度極限b，說(shuō)明K1與K1C的區(qū)別與聯(lián)系？7、在什么條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子K的計(jì)算可以用疊加原理8、試說(shuō)明為什么裂紋頂端的塑性區(qū)尺寸平面應(yīng)變狀態(tài)比平面應(yīng)力狀態(tài)?。?、試說(shuō)明應(yīng)力松馳對(duì)裂紋頂端塑性區(qū)尺寸有何影響。10、K準(zhǔn)則可以解決哪些問(wèn)題？11、何謂應(yīng)力強(qiáng)度因子斷裂準(zhǔn)則？線彈性斷裂力學(xué)的斷裂準(zhǔn)則與材料力學(xué)的強(qiáng)度條件有何不同？12、確定K的常用方法有哪些？13、什么叫裂紋擴(kuò)展能量釋放率？什么叫裂紋擴(kuò)展阻力？14、從裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的能量變化關(guān)系說(shuō)明裂紋處于不穩(wěn)定平衡的條件是什么？15、什么是格里菲斯裂紋？試述格氏理論。16、奧羅萬(wàn)是如何對(duì)格里菲斯理論進(jìn)行修正的？17、裂紋對(duì)材料強(qiáng)度有何影響？18、裂紋按其力學(xué)特征可分為哪幾類？試分別述其受力特征19、什么叫塑性功率？20什么是G準(zhǔn)則？21、線彈性斷裂力學(xué)的適用范圍。22、“小范圍屈服”指的是什么情況？線彈性斷裂力學(xué)的理論公式能否應(yīng)用？如何應(yīng)用？23、什么是Airry應(yīng)力函數(shù)？什么是韋斯特加德（Westergaard）應(yīng)力函數(shù)？寫出Westergaard應(yīng)力函數(shù)的形式，并證明其滿足雙調(diào)和方程。24、裂紋按其幾何特征可分為哪幾類？25、判斷下圖所示幾種力情況下，裂紋擴(kuò)展的類型壓力容器 受扭薄壁圓筒 26、D-B模型的適用條件是什么？27、什么叫裂紋的亞臨界擴(kuò)展？什么叫門檻值？28、什么叫腐蝕？什么叫應(yīng)力腐蝕？什么叫腐蝕臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KSCC？29、什么叫應(yīng)力疲勞？什么叫應(yīng)變腐蝕？?jī)烧叩牧鸭y擴(kuò)展速率表達(dá)式是否相同？為什么？30、什么叫腐蝕疲勞？31、試述金屬材料疲勞破壞的特點(diǎn)32、現(xiàn)有的防脆斷設(shè)計(jì)方法可分為哪幾種？33、什么是疲勞裂紋門檻值，哪些因素影響其值的大小?它有什么實(shí)用價(jià)值?34、應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展的特征？第二類橢圓積分0的值a/c0a/c0a/c001.00000.351.12270.701.34560.51.00450.401.15070.751.38150.101.01480.451.18020.801.41480.151.03140.501.21110.851.47690.201.05050.551.24320.901.49350.251.07230.601.27640.951.53180.301.09650.651.31051.001.5708二、計(jì)算題：1、有一材料，表面能密度,外加拉應(yīng)力。試計(jì)算該材料的臨界裂紋尺寸ac。解：2、現(xiàn)要設(shè)計(jì)一高強(qiáng)度材料的壓力容器，許用應(yīng)力，采用無(wú)損探傷設(shè)備只能發(fā)現(xiàn)大于1mm深度的裂紋，因此可以假設(shè)容器內(nèi)壁沿母線方向（最不利方向和最不利位置）存在深度a=1mm.長(zhǎng)度c=2mm的表面淺裂紋?，F(xiàn)有兩種材料，其力學(xué)性能見(jiàn)下表。全面考慮，應(yīng)選擇何種材料為佳？?jī)煞N材料的力學(xué)性能材料 性能 屈服點(diǎn)焊縫熱影響區(qū)A210046.5B170085.53、玻璃、，外加拉應(yīng)力，求ac。4、圓柱形殼體的內(nèi)徑D=500mm壁厚 t=18mm，內(nèi)壓力p=40MPa，有一軸向表面裂紋長(zhǎng)度2c=6mm深度a=2mm，若材料，試安第三強(qiáng)度理論及k準(zhǔn)則計(jì)算安全系數(shù)。5、如某合金鋼，在不同回火溫度下測(cè)得力學(xué)性能如下：2750C回火, ，6000C回火, 設(shè)應(yīng)力強(qiáng)度因子，且工作應(yīng)力，試求兩種回火溫度下構(gòu)件的容限裂紋尺寸ac。6、某12500kw汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在其中心孔部位經(jīng)表面探傷發(fā)現(xiàn)沿軸向存在一表面淺裂紋。其長(zhǎng)度為2C=15mm,深度估計(jì)為a=2.5mm，.在該裂紋所在的位置阿處于最惡劣的工況下的當(dāng)?shù)乩瓚?yīng)力（按均勻應(yīng)力計(jì)算），轉(zhuǎn)子材料的斷裂韌度，屈服極限，試計(jì)算在考慮裂紋尖端塑性區(qū)影響后轉(zhuǎn)子低應(yīng)力脆斷的安全系數(shù)及不進(jìn)行塑性修正時(shí)的安全系數(shù)。7、具有中心穿透裂紋的厚板條（平面應(yīng)變情況），遠(yuǎn)端承受均勻拉應(yīng)力，板的寬度2b=200mm, 裂紋長(zhǎng)度2a=80mm，板的材料為鋁合金，斷裂韌度，計(jì)算此板條的臨界荷載。pc8、有一壓力容器（圓筒形），材料的強(qiáng)度極限，斷裂韌度，有一縱向長(zhǎng)度為2a=4mm的等效穿透裂紋，設(shè)容器的內(nèi)徑為D，壁厚為t，試求此容器的極限內(nèi)壓力pc。9、高強(qiáng)度鋁合金厚板，中心具有長(zhǎng)度為2a=80mm的穿透裂紋板的寬度為2b=200mm，在垂直于裂紋方向受到均勻拉應(yīng)力作用，當(dāng)裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)，施加的拉伸應(yīng)力，試計(jì)算：（1）材料的斷裂韌性值（2）當(dāng)板為“無(wú)限大”時(shí)，斷裂失效應(yīng)力為多少？（3）當(dāng)板寬度為120mm時(shí)，斷裂失效應(yīng)力又為多少？10、設(shè)有超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鈦合金，是按重量輕和斷裂韌性好兩項(xiàng)指標(biāo)選擇最佳者。提供評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。假定構(gòu)件具有深長(zhǎng)比為a/c=0.2的表面半橢圓形裂紋，強(qiáng)度安全系數(shù)為，抗斷裂安全系數(shù)材料密度屈服強(qiáng)度斷裂韌度強(qiáng)重比超高強(qiáng)度鋼鋁合金鈦合金7.752.664.421730586966109.732.887.822322021811、用標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)灣曲試件測(cè)定30GrMoSiNi2A合金鋼的平面應(yīng)變斷裂韌度時(shí)，材料屈服極限，所用式樣尺寸，從V曲線上查得，式樣斷裂后，從斷口上測(cè)得裂紋的長(zhǎng)度為，有關(guān)裂紋的各種測(cè)量值均滿足規(guī)范的要求。試計(jì)算此試件的條件斷裂韌度值，并檢查此值是否為該材料的有效值。12、傳動(dòng)軸上有一半圓形表面裂紋。,與裂紋平面垂直的應(yīng)力，材料的,，,由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有停車和起動(dòng)，平均每周完成兩次應(yīng)力循環(huán)，試估算該軸的壽命（一年按52周計(jì)算），如使用壽命規(guī)定30年，試確定其安全系數(shù)。13、某壓力容器的層板上有一長(zhǎng)度為2a=42mm的周向貫穿直裂紋，容器每次升壓和降壓時(shí)，從材料的斷裂韌度計(jì)算出的臨界裂紋尺寸=225mm,由實(shí)驗(yàn)得到的裂紋擴(kuò)展速度的表達(dá)式為，試估算容器的疲勞壽命和經(jīng)5000次循環(huán)后的裂紋尺寸。 14、某高強(qiáng)度鋼構(gòu)件，工作應(yīng)力=400MPa，材料的，。在應(yīng)力腐蝕情況下，在第2階段的裂紋擴(kuò)展速率。設(shè)此時(shí)構(gòu)件的初始半橢圓裂紋的尺寸為。試對(duì)其安全性和壽命作一粗略估算。 14、設(shè)某壓力容器周向應(yīng)力，采用焊接工藝后可能有縱向表面裂紋(半橢圓)，現(xiàn)可以選用的兩種材料分別有如下性能：兩種材料的力學(xué)性能材料 性能 屈服點(diǎn)焊縫熱影響區(qū)A170074B 210047試從防止低應(yīng)力斷裂考慮，應(yīng)選用哪種材料。（提示：參考有關(guān)半橢圓表面裂紋，而且還要考慮到塑性修正的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子表達(dá)式）四、填空題：1、斷裂力學(xué)是以 為基礎(chǔ)，研究含 的材料和結(jié)構(gòu)的抗裂性能，以及各種工作環(huán)境下裂紋的 的一門科學(xué)。2、按裂紋的幾何特征可分 。3、裂紋按其力學(xué)特征可分為 、 和 。4、裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力集中程度與 有關(guān)。5、裂紋尖端的曲率半徑滿足 條件的裂紋稱為Griffith裂紋。Griffith理論解釋了 材料實(shí)際斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其理論強(qiáng)度的現(xiàn)象。6、 稱為裂紋擴(kuò)展能量釋放率， 稱為裂紋擴(kuò)展阻力。7、 稱為塑性功， 稱為塑性功率。8、應(yīng)用K1判據(jù)作斷裂分析時(shí)，有兩項(xiàng)基礎(chǔ)工作必須加以充分注意，一項(xiàng)工作是必須準(zhǔn)確掌握構(gòu)件的傷情，要把裂紋的 等搞清楚，另一項(xiàng)基礎(chǔ)工作準(zhǔn)確可靠地測(cè)出材料的 值。9、裂紋體受載后，在原裂紋尖端 方向上所產(chǎn)生的位移叫裂紋張開位移。10、J積分有兩