斷裂力學(xué)基礎(chǔ)

斷裂力學(xué)基礎(chǔ)第1頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一斷裂是工程構(gòu)件最危險的失效方式之一。其中脆性斷裂比韌性斷裂更具危險性。因為脆性斷裂是突然發(fā)生的破壞，斷裂前沒有明顯的征兆，這就常常引起災(zāi)難性的破壞事故。

材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)

研究背景第2頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一按照傳統(tǒng)力學(xué)設(shè)計，只要求工作應(yīng)力σ小于許用應(yīng)力[σ]，即σ<[σ],就被認(rèn)為是安全的了。材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)

研究背景而[σ]，對塑性材料[σ]=σs/n，對脆性材料[σ]=σb/n，其中n為安全系數(shù)。第3頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一經(jīng)典的強度理論無法解釋為什么工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料屈服強度時會發(fā)生所謂低應(yīng)力脆斷的現(xiàn)象。材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)

研究背景原來，傳統(tǒng)力學(xué)是把材料看成均勻的，沒有缺陷的，沒有裂紋的理想固體，但是實際的工程材料，在制備、加工及使用過程中，都會產(chǎn)生各種宏觀缺陷乃至宏觀裂紋。第4頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一人們在研究中發(fā)現(xiàn)低應(yīng)力脆斷總是和材料內(nèi)部含有一定尺寸的裂紋相聯(lián)系的，當(dāng)裂紋在給定的作用應(yīng)力下擴(kuò)展到一臨界尺寸時，就會突然破裂。材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)

研究背景因為傳統(tǒng)力學(xué)或經(jīng)典的強度理論解決不了帶裂紋構(gòu)件的斷裂問題，斷裂力學(xué)就應(yīng)運而生。第5頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一可以說斷裂力學(xué)就是研究帶裂紋體的力學(xué)，它給出了含裂紋體的斷裂判據(jù)，并提出一個材料固有性能的指標(biāo)——斷裂韌性，用它來比較各種材料的抗斷能力。材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)

研究背景第6頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一

材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)三個發(fā)展階段1．無缺陷經(jīng)驗理論階段（從伽利略到二戰(zhàn)前） 不引入任何缺陷尺度 以變形量、塑性屈服等破壞先兆現(xiàn)象作為防范目標(biāo)。第7頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)三個發(fā)展階段2．宏觀斷裂力學(xué)階段（從二戰(zhàn)至今） 引入宏觀缺陷，但不考慮細(xì)微觀缺陷 以斷裂等破壞終極現(xiàn)象作為防范目標(biāo)。第8頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)三個發(fā)展階段3．宏微觀斷裂理論階段（自80年代興起） 追溯從變形、損傷至斷裂的全過程 引入多層次的缺陷幾何結(jié)構(gòu)。第9頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一●斷裂過程具有跨學(xué)科跨尺度的特點，需各個學(xué)科背景的科研人員合作從不同角度、不同層面來進(jìn)一步理解斷裂的產(chǎn)生、發(fā)展和失效的整個過程。材料科學(xué)物理（熱、電、磁、力）納米技術(shù)……材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)第10頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一

斷裂類型1、宏觀上兩種斷裂類型和特征：根據(jù)材料斷裂前和斷裂過程中吸收能量的大小，可將斷裂分為脆性斷裂和韌性斷裂兩類。脆性斷裂的特征：斷裂前不發(fā)生明顯的宏觀塑性變形，即斷裂發(fā)生在彈性變形階段、吸收的能量很小。事實上，金屬中絕對的脆性斷裂是很少見的，因為斷裂前總是要伴隨那怕是很小的塑性變形。但環(huán)境影響因素除外。

材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)第11頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一正斷：垂直于最大正應(yīng)力或正應(yīng)變方向發(fā)生的斷裂叫正斷。切斷：沿著最大切應(yīng)力方向發(fā)生的斷裂叫切斷。斷口分析定義兩種宏觀斷口類型：

斷裂類型材料的斷裂力學(xué)基礎(chǔ)第12頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一裂紋的種類根據(jù)裂紋體的受載和變形情況，裂紋分為三種

。(1)張開型(或稱拉伸型)裂紋

外加正應(yīng)力垂直于裂紋面，在應(yīng)力作用下裂紋尖端張開，擴(kuò)展方向和正應(yīng)力垂直。這種張開型裂紋通常簡稱I型裂紋。

I型（張開）第13頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一裂紋的種類

(2)滑開型(或稱剪切型)裂紋

剪切應(yīng)力平行于裂紋面，裂紋滑開擴(kuò)展，通常稱為Ⅱ型裂紋。

II型（滑開）第14頁，共15頁，2023年，2月20日，星期一裂紋的種類

(3)撕開型裂紋

在切應(yīng)力作用下，一個裂紋面在另一裂紋面上滑動脫開，裂紋前緣平行于滑動方向，如同撕布一樣，這稱為撕開型裂紋，也簡稱Ⅲ