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《无机材料物理性能》第6讲汇编
* 无机材料物理性能 第六讲 应力场强度因子和 平面应变断裂韧性 2002年11月19日,希腊“威望”号油轮在西班牙加利西亚省所属海域触礁,断裂成两截,随后逐渐下沉。据悉,这艘船上共装有7.7万吨燃料油。生态学家称这可能是世界上最严重的燃油泄漏事件之一。 1912年号称永不沉没的豪华的泰坦尼克号(Titanic)沉没于冰海中。1985年以后,探险家们数次深潜到海底研究沉船,取出遗物。1995年2月美国《科学大众》(Popular Science)杂志发表了R Gannon 的文章,标题是『What Really Sank The Titanic』,回答了80年未解之谜。上图是两个冲击试验结果,左面的试样取自海底的Titanic号,右面的是近代船用钢板的冲击试样。由于早年的Titanic 号采用了含硫高的钢板,韧性很差,特别是在低温呈脆性。所以,冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。 裂纹扩展方式 裂纹尖端应力场分析 掰开型 2 a r x y σ σ 裂纹尖端应力场分析 掰开型 KI称为应力场强度因子 裂纹尖端应力场分析 掰开型 裂纹尖端处的一点: 裂纹扩展的主要动力:?y 裂纹尖端应力场分析 滑开型 裂纹尖端应力场分析 撕开型 应力场强度因子 大而薄的板,中心穿透裂纹 大而薄的板,边缘穿透裂纹 三点弯曲切口梁 ? 线性断裂力学判据 KI=KIC KI—应力强度因子 KIC—断裂韧性(由实验确定) 应力场强度因子 临界应力场强度因子 由Griffith理论,已得出: (平面应力状态) (平面应变状态) 故 即 2 2 §2-5 裂纹的起源与快速扩展 裂纹的起源 晶体微观缺陷发展成裂纹 材料表面的机械强度损伤与化学腐蚀 形成的表面裂纹──最危险的的裂纹 (裂纹的扩展由表面裂纹开始) 热应力引起裂纹 气体逸出形成的裂纹 晶体生长或无定形向晶形转变形成裂纹 裂纹的起源与快速扩展 裂纹的快速扩张(失稳扩展) 裂纹扩展的动力: 裂纹扩展的阻力: Gc = 2? 超过临界状态后,多余的能量的去向 裂纹的加速扩展 裂纹的繁殖 最后形成复杂的断面 防止裂纹扩展的措施 使用应力不超过σc 在材料中设置吸收能量的装置 人为地在材料中造成大量极微 细的小于临界尺寸的裂纹。 思考题: 同一种材料作强度测试时,大小试样的强度是否相同?为什么? 如何防止低应力下的脆性断裂? 为什么裂纹一旦达到临界尺寸,就迅速扩展? 防止裂纹扩展的措施有哪些? Thank you !
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