1章 材料的疲劳与断裂.ppt

· * · 兰州理工大学材料学院 * 中国移动通信集团甘肃有限公司 * · * · * 材料的疲劳与断裂 曹睿 兰州理工大学材料学院 2011.03.04 机械、结构等 受力如何？ 如何运动？ 如何变形？破坏？ 如何控制设计？ 性态 规则 回顾 工程力学（或者应用力学）是: 将力学原理应用实际工程系统的科学。 其目的是： 了解工程系统的性态 并为其设计提供合理的规则。 受力如何？ 如何运动？ 如何变形？破坏？ 理论力学、振动理论等， 研究对象为刚体； 基本方程是平衡方程、运动方程等。 材料力学、弹性力学、塑性力学等， 研究对象为变形体； 基本方程是平衡方程、物理方程、几何方等。 强度设计的一般方法： 平衡方程 变形几何条件 应力应变关系 内力应力 设计目标 初步设计 强度条件 满意？ 结束 YES NO 修改设计 强度计算 材料试验 极限应力 选取安全系数 许用应力 控制设计：强度是最主要的控制指标。 研究对象是无缺陷变形体，研究目的是保证在最大载荷下有足够的强度。 有缺陷怎么办？ 多次载荷作用下如何破坏？ 缺陷从何而来？ 研究含缺陷材料的强度 --断裂 研究多次使用载荷作用下的破坏 --疲劳 材料固有或使用中萌生 --疲劳与断裂 结构/构件强度的控制参量是应力。 工作应力： ? 构件在可能受到的最大工作载荷作用下的应力。 ( 由力学分析计算得到 ) 极限应力： ?ys 、 ?b 材料可以承受的强度指标。 延性材料： ?ys ； 脆性材料： ?b ( 通过材料力学性能的实验得到 ) ?? ?ys 延性材料 ?b 脆性材料 强度判据： ( 作用 ? 抗力 ) 结构或构件的工作应力? 材料的极限应力 按静强度设计，满足??[?]，为什么还发生破坏？ 19世纪30-40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处 （应力仅为0.4 ?ys ）多次发生破坏； 1954年1月, 英国慧星(Comet)号喷气客机坠入地中 海（机身舱门拐角处开裂）； 1967年12月15日，美国西弗吉尼亚的 Point Pleasant桥倒塌， 46人死亡； 1980年3月27日，英国北海油田Kielland 号钻井 平台倾复；127人落水只救起 89人； 二次大战期间，400余艘全焊接舰船断裂。 主要原因是由缺陷或裂纹导致的断裂。 大型汽轮机 转子 轴 叶轮 疲劳断裂破坏 转子轴 疲劳开裂 疲劳断裂破坏 叶片击穿厂房 飞 机 整 机 结 构 强 度 实 验 机翼破坏实验 飞 机 整 机 结 构 强 度 实 验 机身破坏实验 上海 东方电视塔 高300m 球径45m 静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式。 控制疲劳强度、断裂强度的是什么？ 主要内容： 1.断裂韧性的基本概念 2.断裂力学的基本原理 3.断裂过程分析－机理 4.材料的疲劳 5.必威体育精装版发展 学习目的： 课程特点： 交叉性学科 参考书： 《材料力学性能》 西交大 《金属材料强度学》 西交大 《金属的韧性与韧化》 北科大 肖纪美 《断裂力学》 《断裂物理基础》 《断裂与环境断裂》北科大 《材料的疲劳》 1.为开发抗疲劳、抗断裂的高强韧化材料打好基础 2.为工程结构安全、可靠性的设计及评价奠定基础 3.为发展新的疲劳断裂理论打好基础 工程断裂事故中发现脆性断裂的共同特征： 这就促使对工程材料的断裂破坏过程进行深入的研究 第一章 金属断裂概论 1.1 断裂事故与工程设计 －－－断裂事故 消耗很小能量的断裂 断裂从裂纹、缺口等应力集中处开始 低温、厚截面，高变形速率易诱发断裂 突发性、灾难性断裂 是在没有宏观塑性变形之前的低应力断