疲劳与断裂_陈传尧教程.ppt

* * 陈传尧 疲劳与断裂 Fatigue Fracture 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？ 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。 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。 性态 规则 回顾 受力如何？ 如何运动？ 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。 如何变形？破坏？ 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、几何方程等。 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 初步设计 设计目标 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？ 研究含缺陷材料的强度 --断裂 多次载荷作用下如何破坏？ 研究多次使用载荷作用下的破坏 --疲劳 缺陷从何而来？ 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 抗震模型试验 （破坏部位、破坏形式、抗震能力） 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？ 疲劳与断裂 一. 概述 四. 应变疲劳 二. 应力疲劳 三. 疲劳应用统计学基础 introduction Crack initiation 十. 疲劳寿命预测与抗疲劳设计 九. 裂纹闭合理论与高载迟滞效应 八. 疲劳裂纹扩展 疲劳与断裂 七. 弹塑性断裂力学简介 六. 表面裂纹 五. 断裂失效与断裂控制设计 Fracture mechanics Crack propagation 第一章 概述 introduction 1.1 什么是疲劳？ The process of progressive localized permanent stru