斷裂力學(xué)第三章

1第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一裂紋的斷裂準(zhǔn)則:帶裂紋的構(gòu)件發(fā)生斷裂的臨界條件.§3.1單一型裂紋的斷裂準(zhǔn)則一.阻力曲線法

以平面應(yīng)力為例說明1.裂紋擴(kuò)展的推動(dòng)力與試件的類型有關(guān)2第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2.裂紋擴(kuò)展阻力裂紋擴(kuò)展單位長度所需要消耗的能量.裂紋擴(kuò)展測定計(jì)算阻力曲線3.臨界條件只有點(diǎn)是失穩(wěn)的擴(kuò)展條件3第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二.能量判據(jù)三.應(yīng)力強(qiáng)度因子判據(jù)4第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一§3.2最大周向正應(yīng)力理論一.復(fù)合型裂紋斷裂判據(jù)需要解決的問題裂紋沿什么方向擴(kuò)展確定開裂角;裂紋在什么條件下開始擴(kuò)展確定臨界條件二.最大周向正應(yīng)力判據(jù)1.假定:裂紋初始擴(kuò)展沿著周向正應(yīng)力為最大的方向.

當(dāng)這個(gè)方向上的周向正應(yīng)力的最大值達(dá)到臨界時(shí),裂紋開始擴(kuò)展.

5第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2.舉例:Ⅰ、Ⅱ型復(fù)合裂紋因,各項(xiàng)均趨于無窮大取圓周上各點(diǎn)的6第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一無實(shí)際意義開裂條件::由Ⅰ型裂紋的斷裂韌性來確定.臨界失穩(wěn)條件7第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一3.幾種特殊情況a.Ⅰ型,b.Ⅱ型,c.中心斜裂紋的單向拉伸沿裂紋面:垂直裂紋面:8第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一給定確定臨界應(yīng)力9第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一§3.3能量釋放率理論判據(jù),由帕立.尼斯威米(K.Palaniswamy)提出.假設(shè):裂紋沿產(chǎn)生最大能量釋放率的方向擴(kuò)展.當(dāng)在上述確定的方向上,能量釋放率達(dá)到臨界值時(shí),裂紋開始擴(kuò)展.紐斯曼(Nuismer)利用連續(xù)性假設(shè)研究了能量釋放率與最大周向正應(yīng)力之間的關(guān)系.假設(shè):沿方向產(chǎn)生支裂紋,平面應(yīng)變下,裂紋沿本身平面擴(kuò)展時(shí)的能量釋放率為10第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一(沿裂紋方向擴(kuò)展)支裂紋的能量釋放率為:令假設(shè)支裂紋尖端的應(yīng)力場趨近于擴(kuò)展開始的原有裂紋尖端應(yīng)力場.

11第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一支裂紋沿方向開始從原有裂紋擴(kuò)展時(shí)的能量釋放率12第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一根不是解起始裂紋方向取于周向應(yīng)力取平穩(wěn)值的方向與能量釋放率取平穩(wěn)值的方向又當(dāng)13第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一周向應(yīng)力絕對(duì)值最大的方向是能量釋放率最大的方向臨界條件(平面應(yīng)變)14第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一§3.4應(yīng)變能密度理論判據(jù),薛昌明提出的基于局部應(yīng)變能密度場斷裂概念的復(fù)合型判據(jù).一.應(yīng)變能密度因子平面應(yīng)變:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型復(fù)合型裂紋尖端附近的應(yīng)力場,利用疊加原理15第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一彈性條件下:微元體儲(chǔ)存的應(yīng)變能為應(yīng)變能密度16第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)變能密度因子—表示裂紋尖端附近應(yīng)力場密度切的強(qiáng)弱程度17第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二.應(yīng)變能密度因子判據(jù)假定:裂紋沿應(yīng)變能密度因子最小方向(勢能密度最大)開始擴(kuò)展.應(yīng)變能密度因子達(dá)到臨界值時(shí),裂紋開始擴(kuò)展.

Ⅰ型裂紋

18第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)力強(qiáng)度因子理論：

材料常數(shù)Ⅱ型裂紋19第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一平面應(yīng)變：Ⅲ型裂紋20第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一§3.5平面應(yīng)變斷裂韌度測定平面應(yīng)變斷裂韌度：彈性介質(zhì)中，具有Ⅰ型裂紋的構(gòu)件抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，或者說線彈性介質(zhì)中，Ⅰ型裂紋前端附件應(yīng)力場強(qiáng)度因子的臨界值.是中的最小值且趨于常值.是材料固有性能指標(biāo)，是材料常數(shù).只適用于線彈性，材料必須在小范圍屈服下失穩(wěn).一.定義21第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二.試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度標(biāo)準(zhǔn)測試方法（美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)）:中國標(biāo)準(zhǔn)1.試件a.三點(diǎn)彎曲試件22第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一b.緊湊拉伸試件美國標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)試件c．四點(diǎn)彎曲試件拱形三點(diǎn)彎曲試件單邊切口拉伸試件中心切口拉伸試件圓周切口桿狀拉伸23第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2.測試原理載荷裂紋張開位移3.測試方法步驟加工并預(yù)制裂紋在試件切開張開端安裝位移傳感器將試件放于試驗(yàn)機(jī)上連接記錄儀加載試驗(yàn)，記錄曲線當(dāng)試件不能承受更大載荷為止，記錄最大24第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析a.裂紋長度的確定要求：b.的確定（1）做切線OA（2）做割線OPS，斜率比切線斜率小5%25第25頁，共26頁，2023年