第5章材料的力学性能.ppt

* Results of the Fatigue Test Endurance limit - An older concept that defined a stress below which a material will not fail in a fatigue test. Fatigue life - The number of cycles permitted at a particular stress before a material fails by fatigue. Fatigue strength - The stress required to cause failure by fatigue in a given number of cycles, such as 500 million cycles. Notch sensitivity - Measures the effect of a notch, scratch, or other imperfection on a material’s properties, such as toughness or fatigue life. Shot peening - A process in which metal spheres are shot at a component. * Application of Fatigue Testing Figure Examples of stress cycles. (a) Equal stress in tension and compression, (b) greater tensile stress than compressive stress, and (c) all of the stress is tensile * Figure Crack growth rate versus stress-intensity factor range for a high-strength steel. For this steel, C = 1.62 ? 1012 and n = 3.2 for the units shown * Section 5.4 材料的断裂韧性 Fracture mechanics - The study of a material’s ability to withstand stress in the presence of a flaw. Fracture toughness - The resistance of a material to failure in the presence of a flaw. 工程设计中，一般根据材料的屈服强度 确定许用应力。机件在许用应力下工作，不会发生塑性变形，更不会发生断裂，应该是安全的。然而，有些机件会在很低应力的状态下，发生脆性断裂。这是因为，一般讨论材料的力学性能时，假定材料的内部是完整的、连续的。而实际材料中不可避免地存在着各种缺陷。例如，夹杂物、气孔等冶金缺陷和在使用、加工过程中产生的机械缺陷。这些缺陷破坏了材料的连续性，成为材料中的裂纹。实验分析表明，低应力脆性断裂是由材料中裂纹的扩展引起的。 * 5.4.1 断裂韧性的概念 断裂力学运用连续介质力学的弹塑性理论，考虑了材料的不连续性，研究材料中裂纹扩展的规律，确定材料抵抗断裂的力学性能指标－断裂韧性。断裂韧性反映了材料抵抗裂纹失稳扩张的能力。 张开型裂纹(通常称之为I型裂纹)，其大小可以用应力强度因子 来描述。 对一个存在裂纹的试样施加拉伸载荷时，其Y值是一定的。随应力σ 逐渐增大，或者裂纹长度2a逐渐扩展，裂纹尖端的K1增大到某一数值时，可使裂纹前沿某一区域的内应力大到足以使裂纹产生失稳扩展，即发生脆断。这个强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性，用K1c 表示。它反映了有裂纹存在时，材料抵抗脆性断裂的能力。当 K1＞ K1c时．裂纹失稳扩展，发生脆断；当 K1＜ K1c时，裂纹不扩展或扩展很慢，不发生快速脆断；当 K1= K1c时，裂纹处于临界状态。 * 5.4.1 断裂韧性的概念 K1是描述裂纹尖端应力场大小的力学参量，它与裂纹类型、物体的形状、大小以及外加应力等参数有关，与材料无关；而断裂韧性K1c 是评定材料阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指标，它与裂纹本身的大小、形状无关，也和外加应力无关，是材料本身的特性，只和材料的成分、热处理及加工工艺等有关。 应力强度因子和断裂韧性的提出，在工程上有重要的意义。例如，知道材料的断裂韧性 ，再测出构件中的最大裂纹长度，就可以计算出裂纹失稳扩展的临界载荷，即构件所能承受的最大载荷。或者己知材