哈工大断裂力学讲义(第三章).ppt

* * 第三章 裂纹的断裂准则 裂纹的断裂准则:带裂纹的构件发生断裂的临界条件. §3.1 单一型裂纹的断裂准则 一.阻力曲线法 以平面应力为例说明 1.裂纹扩展的推动力 与试件的类型有关 2.裂纹扩展阻力 裂纹扩展单位长度所需要消耗的能量. 裂纹扩展 测定 计算 阻力曲线 3.临界条件 只有 点是失稳的扩展条件 二.能量判据 三.应力强度因子判据 §3.2 最大周向正应力理论 一.复合型裂纹断裂判据需要解决的问题 裂纹沿什么方向扩展 确定开裂角; 裂纹在什么条件下开始扩展 确定临界条件 二.最大周向正应力判据 1.假定: 裂纹初始扩展沿着周向正应力 为最大的方向. 当这个方向上的周向正应力的最大值 达到临界 时,裂纹开始扩展. 2.举例:Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹 因 ,各项均趋于无穷大 取 圆周上各点的 无实际意义 开裂条件: :由Ⅰ型裂纹的断裂韧性来确定. 临界失稳条件 3.几种特殊情况 a.Ⅰ型, b.Ⅱ型, c.中心斜裂纹的单向拉伸 沿裂纹面: 垂直裂纹面: 给定 确定临界应力 §3.3 能量释放率理论 判据,由帕立.尼斯威米(K.Palaniswamy)提出. 假设: 裂纹沿产生最大能量释放率的方向扩展. 当在上述确定的方向上,能量释放率达到临界值时,裂纹 开始扩展. 纽斯曼(Nuismer)利用连续性假设研究了能量释放率 与最大周向正应力之间的关系. 假设:沿 方向产生支裂纹, 平面应变下,裂纹沿本身平面扩展时的能量释放率为 (沿裂纹方向扩展) 支裂纹的能量释放率为: 令 假设支裂纹尖端的应力场趋近于扩展开始的原有裂纹 尖端应力场. 支裂纹沿 方向开始从原有裂纹扩展时的能量 释放率 根不是解 起始裂纹方向取于 周向应力取平稳值的方向与能量释放率取平稳值的方向 又当 周向应力绝对值最大的方向是能量释放率最大的方向 临界条件 (平面应变) §3.4 应变能密度理论 判据,薛昌明提出的基于局部应变能密度场断裂概念的 复合型判据. 一.应变能密度因子 平面应变:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型复合型裂纹尖端附近的应力场, 利用叠加原理 弹性条件下:微元体 储存的应变能为 应变能密度 应变能密度因子—表示裂纹尖端附近应力场密度切的强弱程度 二.应变能密度因子判据 假定: 裂纹沿应变能密度因子最小方向(势能密度最大)开始扩展. 应变能密度因子达到临界值时,裂纹开始扩展. Ⅰ型裂纹 应力强度因子理论： 材料常数 Ⅱ型裂纹 平面应变： Ⅲ型裂纹 §3.5 平面应变断裂韧度测定 平面应变断裂韧度：弹性介质中，具有Ⅰ型裂纹的构件 抵抗裂纹扩展的能力，或者说线弹性介质中，Ⅰ型裂 纹前端附件应力场强度因子的临界值. 是 中的最小值且趋于常值 . 是材料固有性能指标，是材料常数. 只适用于线弹性，材料必须在小范围屈服下失稳. 一.定义 二.试验 标准：金属材料平面应变断裂韧度标准测试方法 （美国材料试验协会） :中国标准 1.试件 a.三点弯曲试件 b.紧凑拉伸试件 美国 标准中的标准试件 c．四点弯曲试件 拱形三点弯曲试件 单边切口拉伸试件 中心切口拉伸试件 圆周切口杆状拉伸 * * *