第十講 斷裂力學(xué)

第十講斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)的研究對(duì)象構(gòu)件的斷裂機(jī)理1）裂紋的形成；2）裂紋的亞臨界擴(kuò)展；3）裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展從力學(xué)的方法研究宏觀的斷裂現(xiàn)象，包括宏觀裂紋的擴(kuò)展、失穩(wěn)、傳播和止裂等。斷裂力學(xué)的主要內(nèi)容線彈性斷裂力學(xué)，彈塑性斷裂力學(xué)，斷裂動(dòng)力學(xué)與材料力學(xué)和疲勞理論比較1．靜載材料力學(xué)觀點(diǎn)：斷裂力學(xué)觀點(diǎn)：2．循環(huán)荷載疲勞觀點(diǎn)，帶裂紋的構(gòu)件不能使用斷裂力學(xué)觀點(diǎn)：以裂紋擴(kuò)展率dadN作為衡量指標(biāo)，構(gòu)件剩余壽命，應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度與疲勞極限相當(dāng)?shù)氖茄h(huán)荷載門檻值Kth線彈性斷裂力學(xué)2a1．能量釋放率，G準(zhǔn)則2a謙由鍵Grif禿fit魯h叔于勻2鄉(xiāng)0遣世喬2避0艷年代研究泥玻河璃強(qiáng)度時(shí)需提出。紫設(shè)厚度牲為序B宣的無(wú)限大煩玻璃板，辯將殃板拉伸至汁應(yīng)力醒后兩端固忙定，板內(nèi)崇單位巷體積應(yīng)變炕能志。召如在板中絕心切出一粱長(zhǎng)抱2展a敗的裂紋，譽(yù)則：遠(yuǎn)1童）由于裂登紋表面應(yīng)握力消失而號(hào)釋放的彈蛋性應(yīng)變能升為（平面肢應(yīng)力）危幸盼（橢圓孔能解答求出宇）極2鍵）裂紋形套成新表面墾所需能量況為浴著罩夏（護(hù)：?jiǎn)挝幻鎸しe表面能獻(xiàn)）如：易即：應(yīng)變蜜能釋放率柔等于形成橋新表面所欄需的能量拼率，則裂鴨紋達(dá)到臨筍界狀態(tài)。殊裂紋狀態(tài)災(zāi)的描述熊第陰森缺裂紋擴(kuò)展蹲妹棉磨矮臨界狀態(tài)援果雜杠塑裂紋穩(wěn)定乖令仆：儀雁，吵裂紋臨界伍條件：姑，甘G優(yōu)IC量通常由實(shí)腹驗(yàn)確定。潮臨界應(yīng)力剃：母唉惜（剩余強(qiáng)命度）授臨界裂紋置長(zhǎng)度：獎(jiǎng)修正掀的毯G漏準(zhǔn)則梢對(duì)于具有茫一定延性鎖的材料，助上述理論駁完全不適遭用巷延性材料踐裂紋擴(kuò)展卷所釋放的贏應(yīng)變能不滔僅用于形輕成新表面噴所需的能探量，還要白克服擴(kuò)展姐裂紋所需貧的塑性功隨。執(zhí)延性材料哲抵抗裂紋寧擴(kuò)展的能箭力包括兩學(xué)部分：形鋼成新表面虎所需的表魄面砌能綱衣，裂紋擴(kuò)勞展所需的鬼塑性變形梢能綁P插（單位面梨積）偵大部分金野屬材料辮：烘P>>丑摟裂紋臨界誼條件為：胸臨界應(yīng)力濤：銳雙憂（剩余強(qiáng)懲度）界臨界裂紋凝長(zhǎng)度：印2缸．裂紋的簡(jiǎn)類型殺按裂紋的壞受力情況暗分為三類棕：張開型饑（或I渠型）、滑智開型密（疑I葬I腿型）、撕蘿開型悉（難II寨I切型）。工羨程中以張桿開型劣（航I亡型）裂紋銳最常見(jiàn)，殼且易產(chǎn)生蹤低應(yīng)力脆摘斷。逮漁北船氏I肆型隱母板秧罪粗富劣絞羅I漿I吩型濾值許碑穩(wěn)蚊歇增渴II悔I侍型述3伍．裂紋尖錫端應(yīng)力和府位移場(chǎng)炭（釘Irwi屬n柴，轉(zhuǎn)195雜8筐）式1描）張開型遣（迎I侮型）裂紋鵲尖端應(yīng)力惕和位移場(chǎng)yxyxr2a介作陣裂紋尖端決應(yīng)力強(qiáng)度擠因子釘?shù)谰o顫平面應(yīng)變豈源激k濫=爬尼產(chǎn)姜平面應(yīng)力墨2淡）滑開型歸（訊I裂I浩型）裂紋孩尖端應(yīng)力指和位移場(chǎng)yxr2ayxr2a物3嘴）撕開型咳（倒II蝦I想型）裂紋室尖端應(yīng)力真和位移場(chǎng)yxyxr2a綁4耗．應(yīng)力和臟位移場(chǎng)的罷一般形式，山1澡）憐r株三0門，籍σ賢ij芒（應(yīng)力奇孩異性）攔2羨）應(yīng)力強(qiáng)動(dòng)度因子是梁代表應(yīng)力載場(chǎng)強(qiáng)度的筑物理量厘σ局：名義應(yīng)薦力蘭；槍Y抬：形狀系太數(shù)定5衰．應(yīng)力強(qiáng)腎度因子和庸能量釋放榮率的關(guān)系σyxΔa債設(shè)圖韻示祖IσyxΔa聯(lián)長(zhǎng)度流Δ防a揀，擴(kuò)展部就分各點(diǎn)的眉位移科則釋放的議能量為侮I猛I窮型象和都II邀I范型裂紋，事μ烘：剪切彈浴性模量位濾朗平面應(yīng)力嗚，議威窮系平面應(yīng)變歪6帶．脆性斷泄裂殺的販K宵準(zhǔn)則KCKICB芒狡究K異IKCKICB拘臨界應(yīng)力母：鈴芳險(xiǎn)（剩余強(qiáng)使度）悉臨界裂紋像長(zhǎng)度：忠K騎C奪：平面應(yīng)臭力斷裂韌趙度擋K遷IC蚊：平面應(yīng)肝變斷裂韌字度潮板厚增加音到一定值劣后，斷裂弄韌度洽由喪K鵝C奴（平面應(yīng)類力斷裂韌算度）降低幸至一穩(wěn)定淹值孕K狗IC即（平面應(yīng)浴變斷裂韌挽度）。籠在平面應(yīng)宿力條件下踐，裂紋尖表端有較大論范圍的塑伯性變形，兇線彈性斷泄裂力嚴(yán)學(xué)氣K御準(zhǔn)則不適名用（塑性期區(qū)較小時(shí)管，經(jīng)修正翼后仍可填用末K盤準(zhǔn)則）。炭7毒．裂紋尖辯端塑性區(qū)痛的形狀和攤尺寸遇a許．平面應(yīng)棄力情況主應(yīng)力倒應(yīng)膜用生Von半Mise暮s欺屈服條件yxyx祝得出裂紋坑尖端塑性惰區(qū)的形狀繭b張．平面應(yīng)津變情況地裂紋尖端蜂塑性區(qū)的燭形狀，弊考慮塑性役區(qū)內(nèi)塑性置變形引起愿的應(yīng)力松餅馳后的塑北性區(qū)修正捎為弟R=繁2r菠0沙怎棒（平面應(yīng)室力、平面種應(yīng)變）槽對(duì)實(shí)際的做強(qiáng)化材料何，裂紋尖霸端塑性區(qū)過(guò)的形狀和遺尺寸與上鹽述結(jié)果有蓮出入。董8羞．線彈性長(zhǎng)斷裂力學(xué)戒在小范圍廚屈服時(shí)的層推廣給如裂紋尖肅端塑性區(qū)攜尺寸比裂洪紋長(zhǎng)度小紡一個(gè)數(shù)量岸級(jí)以上，額工程中一詠般仍采用沿線彈性斷常裂力學(xué)，膨以修正的正應(yīng)力強(qiáng)度局因子計(jì)算段。σyxABσyxABCR酒Irwi餡n蝴假伶設(shè)村I早型裂紋的范彈性應(yīng)搏力場(chǎng)因塑感性區(qū)的形置成發(fā)生平瘋移，ry笨想像裂紋飲向前擴(kuò)芽展剝r(jià)在y抄，使得按揚(yáng)ry鍬紋長(zhǎng)蓮可計(jì)算線燥性雞解承B品C從部黨分，鐘稱為等效違裂紋長(zhǎng)度氧。鋤等效模型示法：以等南效裂紋長(zhǎng)獻(xiàn)度代替裂瓶紋原長(zhǎng)對(duì)偉應(yīng)力強(qiáng)度憤因子進(jìn)行早修正。燒等效裂紋替長(zhǎng)度和應(yīng)懲力強(qiáng)度因乳子扎令按等效亡裂紋長(zhǎng)度猴計(jì)算的應(yīng)將力場(chǎng)啦在蓮r=附R-r涼y嚴(yán)（謊B束點(diǎn)）的應(yīng)嬌力等于憤σ冬ys祝，則斬：應(yīng)力松板馳后的應(yīng)消力強(qiáng)度因丟子扎σ年ys遠(yuǎn)：遣y道方向屈服序應(yīng)力，韻σ騰ys誕=錢σ繡s賢雖桶（平面應(yīng)歷力），庸弊血（平面應(yīng)帝變）辯平面應(yīng)力攜：