結(jié)構(gòu)環(huán)境損傷基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)

結(jié)構(gòu)環(huán)境損傷基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)1答： 根據(jù)ASTM的定義：在某點(diǎn)或者某些點(diǎn)承受擾動(dòng)應(yīng)力，且在足夠多的循環(huán)擾動(dòng)作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發(fā)生的局部的、永久結(jié)構(gòu)變化的發(fā)展過程，稱為疲勞。疲勞具有下述特征：只有在承受擾動(dòng)應(yīng)力作用的條件下，疲勞才會(huì)發(fā)生。疲勞破壞起源于高應(yīng)力或者高應(yīng)變的局部。靜載下的破壞，取決于結(jié)構(gòu)整體；疲勞破壞則由應(yīng)力或應(yīng)變較高的局部開始，形成損傷并逐漸積累，導(dǎo)致破壞發(fā)生。疲勞破壞是在足夠多次的擾動(dòng)載荷作用之后，形成裂紋或者完全斷裂。疲勞是一個(gè)發(fā)展過程。疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展，是這一發(fā)展過程中不斷形成的損傷積累的結(jié)果。最后的斷裂，標(biāo)志著疲勞過程的終結(jié)。21-1什么是疲勞？疲勞有什么特征？答：典型的疲勞破壞斷口的特征：有裂紋源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)三部分；裂紋擴(kuò)展區(qū)斷面較光滑，通常有“海帶條帶”和/或腐蝕痕跡；裂紋源通常在高應(yīng)力局部或材料缺陷處；無明顯的塑性變形。

但是靜載破壞的斷口是：粗糙、新鮮、無表面磨蝕及腐蝕痕跡。疲勞破壞斷口，即使是延性材料，也沒有明顯的塑性變形。但是靜載破壞表面的塑性變形很明顯。31-2簡述疲勞斷口與靜載破壞斷口有何不同？大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院41-3失效分析中疲勞斷口可能提供哪些信息？答：

首先觀察斷口的宏觀形貌，由是否存在著裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)及瞬斷區(qū)等三個(gè)特征區(qū)域，判斷是否為疲勞破壞；若為疲勞破壞，則可由裂紋擴(kuò)展區(qū)的大小，判斷破壞時(shí)的裂紋最大尺寸；進(jìn)而可利用斷裂力學(xué)方法，由構(gòu)件幾何及最大裂紋尺寸估計(jì)破壞載荷，判斷破壞是否在正常工作載荷狀態(tài)下發(fā)生；還可以觀察裂紋起源的位置在何處。再利用金相顯微鏡或低倍電子顯微鏡，可對(duì)裂紋源進(jìn)行進(jìn)一步觀察和確認(rèn)，并且判斷是否因?yàn)椴牧先毕菟穑毕莸念愋秃痛笮∪艉?。由宏觀“海灘條帶”和微觀“疲勞條紋”數(shù)據(jù)，結(jié)合構(gòu)件使用載荷譜分析，還可能估計(jì)裂紋擴(kuò)展速率。大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院51-4為何提高表面光潔度，引入殘余壓應(yīng)力可以提高疲勞壽命？根據(jù)疲勞問題的特點(diǎn)，疲勞破壞起源于高應(yīng)力或者高應(yīng)變的局部。提高表面的光潔度，即可以減少結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)力集中的可能性。這樣就可以減少高應(yīng)力和高應(yīng)變的區(qū)域。在循環(huán)應(yīng)力過程中引入殘余壓應(yīng)力，可以降低實(shí)際的循環(huán)應(yīng)力水平，從而降低，這樣可以達(dá)到提高疲勞壽命的目的。大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院61-5已知循環(huán)最大應(yīng)力200MPa，最小應(yīng)力50MPa，計(jì)算循環(huán)應(yīng)力變程、應(yīng)力幅、平均應(yīng)力和應(yīng)力比。 MPa，

MPa （a） （b）結(jié)合(a)、(b)兩式，計(jì)算得到：

MPa， MPa，則：

MPa。1-6已知循環(huán)應(yīng)力幅100MPa，應(yīng)力比R＝0.2，計(jì)算最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平均應(yīng)力和應(yīng)力變程。大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院782-1若疲勞試驗(yàn)頻率選為20Hz，試估算施加106次循環(huán)需要多少時(shí)間？92-2依據(jù)7075－T6鋁合金的等疲勞壽命圖，當(dāng)a)R=0.2,N=106；b)R=-0.4,N=105時(shí)，估算相應(yīng)的應(yīng)力水平。9102-2依據(jù)7075－T6鋁合金的等疲勞壽命圖，當(dāng)a)R=0.2,N=106；b)R=-0.4,N=105時(shí)，估算相應(yīng)的應(yīng)力水平。10112-3依據(jù)7075－T6鋁合金的等疲勞壽命圖，當(dāng)a)R=-1；b)R=0時(shí)，試做其S-N曲線。1111122-3依據(jù)7075－T6鋁合金的等疲勞壽命圖，當(dāng)a)R=-1；b)R=0時(shí)，試做其S-N曲線。1212132-4某材料極限強(qiáng)度為860MPa，在壽命為107時(shí)的應(yīng)力如下表，做其Goodman圖，并將數(shù)據(jù)點(diǎn)與Goodman直線相比較1414Smax（MPa）420476482581672700707Smin（MPa）-420-378-308-2310203357S-1=420MPa對(duì)上表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求得各自的Sa/S-1以及Sm/Su

：

Sa/S-111.020.940.970.800.590.42Sm/Su00.060.100.200.390.520.62將以上數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出Goodman曲線。2-5某構(gòu)件承受循環(huán)載荷，最大應(yīng)力525MPa，最小應(yīng)力-35MPa，極限強(qiáng)度為700MPa。假定在對(duì)稱循環(huán)條件下S103=0.9Su，S106=0.5Su。估算壽命？152-5某構(gòu)件承受循環(huán)載荷，最大應(yīng)力525MPa，最小應(yīng)力-35MPa，極限強(qiáng)度為700MPa。假定在對(duì)稱循環(huán)條件下S103=0.9Su，S106=0.5Su。估算壽命？162-5某構(gòu)件承受循環(huán)載荷，最大應(yīng)力525MPa，最小應(yīng)力-35MPa，極限強(qiáng)度為700MPa。假定在對(duì)稱循環(huán)條件下S103=0.9Su，S106=0.5Su。估算壽命？172-5某構(gòu)件承受循環(huán)載荷，最大應(yīng)力525MPa，最小應(yīng)力-35MPa，極限強(qiáng)度為700MPa。假定在對(duì)稱循環(huán)條件下S103=0.9Su，S106=0.5Su。估算壽命？182-6某構(gòu)件承受脈沖載荷，其載荷譜如表，S-N曲線為S3N=2.9*1013。估算其壽命。19Smax（MPa）500400300200每年循環(huán)n1060.010.030.10.5根據(jù)已知得S－N曲線得到不同下的壽命N

S500400300200N0.2320.4531.0743.6252-8Miner準(zhǔn)則與相對(duì)Miner準(zhǔn)則20大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院21解：1）不考慮缺陷，按傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)考慮。選用二種材料時(shí)的安全系數(shù)分別為：材料1：n1=ys1/=1800/1000=1.8

材料2：n2=ys2/=1400/1000=1.4

優(yōu)合格

cKK1112.1≤=sKcs

.11≤

大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院22選用材料1，將發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂；選用材料2，既滿足強(qiáng)度條件，也滿足抗斷要求。材料斷裂應(yīng)力為：Kcs

.11￡選用材料1：1c=50/[1.12(3.140.001)1/2]=796MPa<選用材料2：2c=75/[1.12(3.140.001)1/2]=1195MPa>斷裂安全注意，a0越小，K1C越大，臨界斷裂應(yīng)力c越大。因此，提高K1C

，控制a0，利于防止低應(yīng)力斷裂。大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院23壓力容器直徑大，曲率小，可視為承受拉伸應(yīng)力的無限大中心裂紋板，有：

或cKK11￡=

21)(1spcKa￡解：由球形壓力容器膜應(yīng)力計(jì)算公式有：

=pd/4t=54/(40.01)=500MPa

大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院24在發(fā)生斷裂的臨界狀態(tài)下有：

故得到：

ac=(1/3.14)(80/500)2=0.0081m=8.1mm21)(1spcKa=c；=pd/4t若內(nèi)壓不變，容器直徑d，，ac

，抗斷裂能力越差。內(nèi)壓p，則，臨界裂紋尺寸ac

；材料的K1C

，臨界裂紋尺寸ac

；可知：大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院25若B尺寸足夠，則上述值即為材料的斷裂韌性K1c。例3.W=200mm的鋁合金厚板，含有2a=80mm的中心裂紋,若實(shí)驗(yàn)測(cè)得此板在=100Mpa時(shí)發(fā)生斷裂，試計(jì)算該材料的斷裂韌性。解：由表5-1可知，對(duì)于中心裂紋板有：；)(1xpsFaK=)2/sec()(pxx=F

)(1xpsFaK=大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院26例4.用上例中的鋁合金材料，制作厚度B=50mm

的標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣，若裂紋長度a=53mm,

試估計(jì)試件發(fā)生斷裂時(shí)所需的載荷。解：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣，有：])(57.14)(18.14)(20.8)(735.1090.1[)(432WaWaWaWaWaf+-+-=)(2321WafaBWPLKp=(W=2B，L=4W)對(duì)于本題，a/W=53/100=0.53,代入后算得修正函數(shù)值為：

f(a/W)=1.5124大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院27發(fā)生斷裂時(shí)應(yīng)有：K1=K1C，即：CKWafaBWPLK121)(23==p

=53200(N)=53.2(KN))(3212WafaLKBWPCp=5124.1)053.0(4.03104.391.005.022/162p=

大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院28解：應(yīng)用線性疊加原理，圖示載荷的作用等于拉伸與純彎曲二種情況的疊加，故裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K可表達(dá)為：KKK￠￠+￠=PPPPMM=Pe

、分別是拉伸、彎曲載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子。KK￠￠￠

WaePP大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院29即有：)05.1(6Pe2/Wap=K￠￠對(duì)于邊裂紋有限寬板，拉伸、彎曲載荷作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子查表可知分別為：拉伸：t=P/W；=0.2；

=1.37Wa/=x43239.3072.2155.10231.012.1)(xxxxx+-+-=F);(xpsFa=K￠t即有：WaP/37.1p=K￠彎曲：b=6Pe/W2；=0.2；

=1.05);(xpsFa=K￠b￠Wa/=x4320.1408.1333.740.1122.1)(xxxxx+-+-=FKKK=￠￠+￠=WeWaP)/3.637.1)(/(+p得到：大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院30發(fā)生斷裂時(shí)的臨界狀態(tài)下應(yīng)有：ccKWeWaP1)/3.637.1)(/(=+pK=

代入已知數(shù)據(jù)并注意統(tǒng)一單位，得到：

=3.07MN)0.025/01.03.637.1(005.014.3025.060)/3.637.1(1+=+=WeaWKPccp注意:上述結(jié)果是在線彈性假設(shè)下得到的。本題臨界狀態(tài)時(shí):t=P/W=123MPa，b=6Pe/W2=t(6/25)，二者疊加后也不過ys的30%，故結(jié)果是可信的。大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院31例6.用B=30mm的標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試件測(cè)斷裂韌性，線切割尺寸為a’=30mm。試驗(yàn)測(cè)得PQ=56kN,Pmax=60.5kN；裂紋尺寸測(cè)量結(jié)果為31.8mm,