9-彈塑性力學-斷裂力學基礎

1、第八章斷裂力學基礎8.1概述1. 斷裂(fracture):宏觀裂紋(micro-cracks)擴展構(gòu)件破斷的過程2. 分類：韌性斷裂(tenacity fracture)、脆性斷裂(brittle fracture)3. 危害：過載斷裂(over-load fracture)疲勞斷裂(fatigue fracture)(低于設計載荷，85 % cases)4. 斷裂力學(fracture mechanics):固體力學的一個分支。 材料從受載開始到斷裂：微裂紋的形成擴展宏觀裂紋產(chǎn)生=損傷力學(damage mechanics) -宏觀裂紋擴展-構(gòu)件破壞=斷裂力學分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂

2、力學。Griffith脆斷理論(成熟), 韌性斷裂.韌性材料損傷力學正在發(fā)展。8. 2裂紋擴展（propagation of cracks）的基本類型I型（張開型）：正應力作用，裂紋擴展方向垂直于應力II型（滑開型）：剪應力作用，裂紋擴展方向平行于應力 in型（撕開型）：剪應力作用，裂紋線與應力方向一致復合型（疊加原理求解）仃）張開熨（口）滑開型（m瞞開型圖8-1裂紋擴展的基本類型第八章斷裂力學基礎第八章斷裂力學基礎3裂紋尖端應力場I型裂紋尖端應力場6 0 30.crT = -L_ cos (1 - sm sm ) 、窈 2 '220 r .0.30、(7V = 1 cos (1 +

3、sm sm ) ”、岳 2 '22，ke . e 3dj -_cos sm cos ° 41 2 2 2其中ISBSm（通過Wester guard應力函數(shù)求解）同樣可以求得其他兩種裂紋尖端的應力場（略）。一般地，裂紋尖端的應力場可表示為：（有彈性區(qū)和塑性區(qū)）% = KpM 0)億 j = x.y. z)(P= I 9 H，皿)第八章斷裂力學基礎第八章斷裂力學基礎& 4 應力強度因子(stress intensity factors)Kf/ = K JfJ Ty/TTCl應力強度因子 與坐標無關，是表征裂紋尖端附近應力場強度的參量; 與裂紋形狀.尺寸.方向有關 與載荷

4、的大小及作用方式有關 與材料參數(shù)相關 物理意義：在斷裂力學分析中人為引進的，反映裂紋尖端應力場強度的力學參量。作用：對裂紋尖端的應力.位移場的求解T求 量綱：叫力X 長度“（注意：與應力集中系數(shù)是兩個不同的概念） 5 斷裂準則(fracture criterion)0 > Kic (i = IJIJD)斷裂韌度，表征材料抵抗裂紋擴展的抗力，由實驗確定（平面應力型，平面應變型）。Kxc磁理！弍渝砌I禪鏤遜當試樣厚度較小時，裂紋尖端處 于平面應力狀態(tài)，相對塑性區(qū)較 大，裂紋擴展耗能高tKc高； 當試樣厚度較大時，裂紋尖端處 于平面應變狀態(tài)，相對塑性區(qū)較 小，裂紋擴展耗能KicK Ic （平面應變斷裂韌度）。圖8-2斷裂韌度與試樣厚度的關系8.6 KIC平面應變斷裂韌度（fracture toughness）（I型裂紋斷裂準則）Kg為材料常數(shù)，應與試樣幾何尺寸無關。但在測試時，應盡量增大試樣厚 度以保證裂紋尖端處于平面應變狀