含裂纹体蠕变断裂理论及其应用研究.pdfVIP

第 29 卷 　第 2 期 力　学　进　展 Vol. 29 　No. 2 1999 年 5 月 25 日 ADVANCES IN MECHAN ICS May 25 , 1999 含裂纹体蠕变断裂理论及其应用研究 杨挺青 华中理工大学力学系 ,武汉　430074 摘 　要 　评介了蠕变断裂力学研究概况. 着重论述含裂纹材料与结构的蠕变断裂、蠕 变损伤、蠕变疲劳裂纹扩展和寿命预估等方面研究的近期进展. 从中介绍蠕变断裂 力学的研究途径、方法及其广阔的工程应用前景. 关键词 　蠕变 ,裂纹扩展 , 断裂力学 ,损伤力学 1 　引 　言 　　断裂理论研究含裂纹型缺陷固体的强度 ;研究材料和结构的裂纹扩展规律. 断裂力学的形成 和发展 ,改变人们关于固体强度的观念 ,改进构件设计的理论与方法 ,改善结构寿命的评价 ,促使 对材料力学性质更深入的研究 ,促成损伤力学等一些分支学科 ,在工程应用、技术学科和基础理 论方面显示了其巨大的作用与生命力[1～4 ] . ( 随着聚合物、生物体、地质材料、复合材料、智能材料、金属在高温的 发动机、涡轮透平、化工 ) 容器、核动力装置、航天设备等 、电磁的和化学动力条件下的广泛使用 ,材料和结构与时间相关 的力学性能、破坏机理及失效准则的研究日益迫切 ,并取得了很大的进展[3～6 ] . 同时 ,也为固体 力学提出了许多的重要研究课题[5～8 ] ,其中之一即为蠕变断裂力学. 蠕变力学考虑材料与时间相关的力学行为 ,研究一定载荷下物体的变形、应力和位移随时间 变化的现象与过程 ,通过采用蠕变极限与持久强度来表征材料的蠕变强度[9～11 ] . 这种构件未考 虑初始缺陷、不含应力集中 ,在蠕变破坏之前往往萌生微裂纹或出现宏观裂纹. 工程实际中各种 载荷作用和环境条件下的构件蠕变失效 ,可能属于上面所述的蠕变破坏 ,更可能是由于所含初始 ( ) 缺陷 微裂纹、空隙、夹杂等 演化和裂纹的扩展 ; 或是缺陷演化、裂纹萌生与裂纹扩展兼而有之. 因此 ,必须运用断裂力学概念描述蠕变裂纹扩展 , 通过连续损伤力学方法预示蠕变破坏 ;或结合 损伤与断裂研究蠕变裂纹问题 ,讨论材料与结构的蠕变失效[12 ,13 ] . 蠕变断裂力学主要研究蠕变条件下断裂的力学参量表征与计算、蠕变裂纹扩展过程描述以 及相应的评判准则. 本文以含裂纹型缺陷材料与结构的蠕变力学研究为主 ,评介蠕变断裂的理论 ( 及其应用研究概况 ,探讨自国际理论与应用力学联合会最近一次结构蠕变科学讨论会 IU TAM Symposium on Creep in Structure IV ) 以来的蠕变断裂力学研究的若干新进展 , 着重于阐述蠕 　收稿日期 :1997 - 10 - 20 , 修回日期 :1998 - 09 - 07 ( ) 国家自然科学基金资助项目 1·78 · © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 变断裂行为及过程的描述与表征、考虑损伤的蠕变断裂研究、蠕变疲劳裂纹扩展和结构蠕变寿命 预估 ,并从中介绍蠕变断裂力学的研究途径、方法及其广阔的工程应用前景. 2 　含裂纹材料的蠕变断裂行为 2 1 　稳态裂纹及其扩展 含裂纹的材料和结构的蠕变行为与材料性能 、几何形体、负载和环境条件等因素密切相关 , 因而各种材料及其结构的蠕变特征与过程差别很大 ,它们的描述与表达往往很不相同. 对于未扩 展的稳态裂纹 ,若材料为线性粘弹性物体 ,且裂尖前缘仍是线粘弹性状态时 ,一般可用