彈性力學(xué)緒論

緒論1、斷裂力學(xué)的產(chǎn)生2、斷裂力學(xué)探討內(nèi)容3、宏觀斷裂力學(xué)探討方法1、斷裂力學(xué)的產(chǎn)生自其次次世界大戰(zhàn)以來(lái)，隨著高強(qiáng)度材料和大型結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，一些按傳統(tǒng)強(qiáng)度理論和常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)、制造并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，先后發(fā)生了不少災(zāi)難性斷裂事故。二十世紀(jì)十大著名災(zāi)難之一Titanic慘劇的緣由：三要素1材料因素：接受含硫高的鋼板韌性差，特殊是低溫呈脆性2力學(xué)因素：冰山?jīng)_擊沖擊載荷3環(huán)境因素：冰海低溫發(fā)生斷裂失效的船體二十世紀(jì)十大著名災(zāi)難之一1963年，美國(guó)——“長(zhǎng)尾鯊”號(hào)核潛艇沉沒(méi)。價(jià)值達(dá)4500萬(wàn)美元，長(zhǎng)85米，排水量3750噸，于1960年7月9日下水。1963年4月10日，在距好望角408公里處作下潛300米的潛水試驗(yàn)時(shí)，奇異地沉入2300米深的海底，奪走了艇上129名船員的生命。事故緣由始終未查出，但有證據(jù)表明系材料故障。斷裂失效的實(shí)例：20世紀(jì)40年頭，美國(guó)近5000余艘焊接船中，發(fā)生了1000多起脆性破壞，其中238艘完全報(bào)廢，有的甚至斷成兩截。焊接缺陷、應(yīng)力集中。50年頭初，美國(guó)北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，試驗(yàn)時(shí)爆炸。高強(qiáng)度合金，破壞由宏觀裂紋引起。1969年，美國(guó)F-111飛機(jī)，左翼脫落，飛機(jī)墜毀。機(jī)翼樞軸出現(xiàn)缺陷，乏累斷裂。為什么？

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的局限分析：1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法認(rèn)為材料是均質(zhì)，無(wú)缺陷的，各向同性的。2在這個(gè)假設(shè)的前提下，對(duì)于塑性材料破壞之前必需先發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般方法：平衡方程變形幾何條件應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系內(nèi)力應(yīng)力初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)強(qiáng)度條件滿意？結(jié)束YESNO修改設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算材料試驗(yàn)極限應(yīng)力選取安全系數(shù)許用應(yīng)力限制設(shè)計(jì)：強(qiáng)度是最主要的限制指標(biāo)。探討對(duì)象是無(wú)缺陷變形體，探討目的是保證在最大載荷下有足夠的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)/構(gòu)件強(qiáng)度的限制參量是應(yīng)力。工作應(yīng)力：

構(gòu)件在可能受到的最大工作載荷作用下的應(yīng)力。

(由力學(xué)分析計(jì)算得到)極限應(yīng)力：ys、

b

材料可以承受的強(qiáng)度指標(biāo)。延性材料：ys；

脆性材料：b

(通過(guò)材料力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)得到)

ys延性材料b

脆性材料強(qiáng)度判據(jù)：

(作用抗力)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作應(yīng)力材料的極限應(yīng)力斷裂力學(xué)的產(chǎn)生實(shí)際狀況是：對(duì)于較高強(qiáng)度的具有確定缺陷的構(gòu)件，往往發(fā)生了脆斷，即斷裂前沒(méi)有發(fā)生較大的塑性變形。通過(guò)視察分析可知，這些斷裂是從局部裂紋擴(kuò)展而成的。判據(jù)：不適用于評(píng)判帶有裂紋的構(gòu)件，為了解決這個(gè)問(wèn)題，斷裂力學(xué)(fracturemechanics)產(chǎn)生了。2、斷裂力學(xué)探討內(nèi)容探討含缺陷或裂紋的材料和結(jié)構(gòu)的抗斷裂性能，以及在各種工作環(huán)境下裂紋的平衡、擴(kuò)展、失穩(wěn)及止裂規(guī)律。按探討尺度不同，可分為：微觀斷裂力學(xué)：從材料的微觀結(jié)構(gòu)動(dòng)身，探討斷裂過(guò)程的物理本質(zhì)，即材料缺陷的成核、斷裂的微觀機(jī)理等宏觀斷裂力學(xué)：通過(guò)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析和試驗(yàn)探討，探討含缺陷或裂紋的物體在外界條件作用下宏觀裂紋的擴(kuò)展、失穩(wěn)、傳播及止裂規(guī)律。線彈性斷裂力學(xué)：主要探討脆性斷裂linearelasticfracturemechanics（LEFM）按探討的斷裂類(lèi)型不同，彈塑性斷裂力學(xué)：主要探討韌性斷裂elasticplasticfracturemechanics（EPFM）宏觀斷裂力學(xué)可分為：韌度（toughness）：材料在斷裂前的變形中吸取能量的實(shí)力脆性（brittle）：韌度低韌性（ductile）：韌度高脆性斷裂：斷裂前無(wú)明顯塑性變形（無(wú)頸縮）韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形（有頸縮）

脆性斷裂與韌性斷裂韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形脆性斷裂：斷裂前沒(méi)有明顯的塑性變形脆性斷裂與韌性斷裂脆性斷裂與韌性斷裂脆性斷裂發(fā)生突然。韌性斷裂從啟裂到失穩(wěn)擴(kuò)展有一段進(jìn)程。靜止的裂紋→亞臨界裂紋擴(kuò)展，卸載后裂紋擴(kuò)展停止→失穩(wěn)擴(kuò)展，100m/s，立刻卸載也不確定停止低溫、截面積增大、裂紋長(zhǎng)度增大等會(huì)增大脆性斷裂的可能性。3、宏觀斷裂力學(xué)探討方法理論基礎(chǔ):變形體力學(xué)(彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、粘彈性力學(xué)等）從彈塑性力學(xué)方程動(dòng)身，把裂紋作為一種邊界條件，考察裂紋尖端的應(yīng)力、應(yīng)變和位移場(chǎng)，找尋限制材料開(kāi)裂的物理參量，建立這些場(chǎng)與限制材料開(kāi)裂的物理參量之間的關(guān)系探討材料抗拒裂紋擴(kuò)展的實(shí)力——斷裂韌性的變更規(guī)律，確定其數(shù)值及測(cè)定方法建立裂紋擴(kuò)展的臨界條件，并依此進(jìn)行抗斷設(shè)計(jì)與壽命估計(jì)等。本課程有關(guān)內(nèi)容對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的意義使“平安性和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題”達(dá)到更高層次的一樣?？梢詫?duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。一、使“平安性和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題”達(dá)到更高層次的一樣實(shí)踐證明，志向的、無(wú)缺陷的（設(shè)計(jì)時(shí)所志向）狀態(tài)是沒(méi)有的。實(shí)際工程中總是存在著缺陷，但這些缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）平安性的影響原委有多大是須要評(píng)定的。這種評(píng)定使我們可以在更經(jīng)濟(jì)的條件下保證結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的平安運(yùn)用。二、可以對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益正確評(píng)定缺陷的影響，確定合理的檢修、更換方案，無(wú)疑會(huì)帶來(lái)巨大的效益因很多設(shè)備用于長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，正確評(píng)價(jià)缺陷的作用將會(huì)帶來(lái)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。斷裂力學(xué)理論在平安評(píng)定中的應(yīng)用：應(yīng)用于宇航、機(jī)械、化工、地質(zhì)諸方面主要解決：裂紋尺寸多大時(shí)會(huì)發(fā)生斷裂（破壞）？從小裂紋發(fā)展到臨界裂紋須要多長(zhǎng)時(shí)間？對(duì)裂紋的應(yīng)對(duì)措施。對(duì)材料性能的全面相識(shí)，留意到韌性的作用結(jié)構(gòu)平安評(píng)定的過(guò)程、方法及發(fā)展趨勢(shì)評(píng)定過(guò)程：①無(wú)損檢測(cè)，確定缺陷②應(yīng)力分析，總體應(yīng)力分析和缺陷部位的應(yīng)力分析③確定力學(xué)性能④斷裂力學(xué)參數(shù)分析(應(yīng)力強(qiáng)度因子,J積分,COD)，判定緊急程度

評(píng)定方法①確定性評(píng)定方法②概率平安評(píng)定方法平安評(píng)定的發(fā)展趨勢(shì) 進(jìn)一步完善確定性方法 發(fā)展概率平安評(píng)定方法斷裂力學(xué)發(fā)展國(guó)際上每四年召開(kāi)一次國(guó)際斷裂力學(xué)會(huì)議有關(guān)雜志：《EngineeringFractureMechanics》、《TheoreticalandAppliedFractureMechanics》

隨著數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算和材料科學(xué)的不斷發(fā)展，斷裂力學(xué)也在不斷發(fā)展與完善并得到廣泛的運(yùn)用。課程主要內(nèi)容：裂紋的分類(lèi)裂紋尖端旁邊應(yīng)力、位移場(chǎng)，應(yīng)力強(qiáng)度因子I型裂紋尖