- 1、本文档共76页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
- 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
- 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。
- 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
- 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
2无机材料的脆性断裂与强度;一般固体材料在外力作用下,首先产生正应力下的弹性形变和剪应力下的弹性畸变。随着外力的移去,这两种形变都会完全恢复。
但在足够大的剪应力作用下,材料中的晶体局部会出现位错滑移,宏观上表现为材料的塑性形变;无机材料中的晶界非晶相,以及玻璃、有机高分子材料纯属非晶态形变。这两种形变为不可恢复的永久形变。
当材料长期受载,尤其在高温环境中受载,上述塑性形变及粘性形变将随时间而具有不同的速率,这就是材料的蠕变。蠕变的后期要么蠕变终止,要么导致蠕变断裂。
当剪应力降低时,此塑性形变以及粘性流动减慢,甚至终止。;2.1.2脆性断裂行为
在外力作用下,任意一个结构单元上主应力面的拉应力足够大时,尤其在那些高度应力集中的特征点附近的单元上,所受到的局部拉应力为平均应力的数倍时,此过分集中的拉应力如果超过材料的临界应力值,就会产生裂纹或缺陷的扩展,导致脆性断裂。虽然与此同时,由于外力引起的平均剪应力尚小于临界值,缺乏以产生明显的塑性变形或粘性流动。因此,断裂源往往出现在材料中应力集中度很高的地方,并选择这种地方的某一个缺陷〔或裂纹、伤痕〕而开裂。
2.1.3突发性断裂与裂纹的缓慢生长
裂纹的存在及其扩展行为,决定了材料抵抗断裂的能力。断裂时,材料的实际平均应力尚低于材料的结合强度。在临界状态下,断裂源处的裂纹尖端所受的横向拉应力正好等于结合强度时,裂纹产生突发性扩展。一旦扩展,引起周围应力的再分配,导致裂纹的加速扩展,出现突发性断裂,这种断裂往往并无先兆。
有时,当裂纹尖端处的横向拉应力尚缺乏以引起扩展,但在长期受应力的情况下,特别是同时处于高温环境中时,还会出现裂纹的缓慢成长,尤其在有环境腐蚀,如存在O2、H2、SO2、H2O〔汽〕等的情况下,对金属和玻璃更易于出现缓慢开裂。;2.2理论结合强度;0;将材料拉断时,产生两个新外表,因此使单位面积的原子平面分开所做的功应等于产生两个单位面积的新外表所需要的外表能,材料才能断裂。设分开单位面积原子平面所做的功为v,那么;;;,;Griffith从能量的角度来研究裂纹扩展的条件。这个条件就是:物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新外表所需要的外表能。反之,前者小于后者,那么裂纹不会扩展。
在求理想强度时曾将此概念用于理想的完整晶体。Griffith将此概念用于有裂纹的物体,认为物体内储存的弹性应变能的降低就是裂纹扩展的动力。我们用图2.3来说明这一概念并导出这一临界条件。;将一单位厚度的薄板拉长到l+Δl,然后将两端固定,此时板中储存的弹性应变能为We1=1/2〔F·Δl〕。然后认为地在板上割出一条长度为2c的裂纹,产生两个新外表,原来储存的弹性应变能就要降低,有裂纹后板内的应变能为We2=1/2〔F-ΔF〕·Δl〕,应变能降低为We=We1-We2=1/2ΔF·Δl,欲使裂纹进一步扩展,应变能将进一步降低,降低的数量应等于形成新外表所需要的外表能。
由弹性理论可以算出,当人为割开长2c的裂纹时,平面应力状态下应变能的降低为;这就是griffith从能量观点分析得出的结果。(2.12)式和(2.19)式根本一致,只是系数有点差异,而且和(2.6)式理论强度的公式很类似。(2.6)式中a为原子间距,而式(2.19)中c为裂纹半长。可见如果我们能控制裂纹长度和原子间距在同一数量级,就可使材料到达理论强度。
Griffith用刚拉制的玻璃棒做实验,其微裂纹理论能说明脆性断裂的本质——微裂纹扩展,且与实验相符,并能解释强度的尺寸效应。
这一理论应用于玻璃等脆性材料上取得了很大的成功,但用到金属与非晶体聚合物时遇到了新的问题。实验得出的σc值比按(2.19)式算出的大的多。Orowan指出延性材料受力时产生大的塑性形变,要消耗大量能量,因此σc提高。他认为可以在griffith方程中引入扩展单位面积裂纹所需要的塑性功γp来描述延性材料的断裂,即;通常γpγ,例如高强度金属前者是后者的1000倍因此,对具有延性的材料,γp控制着断裂过程。典型陶瓷材料E=3×1011Pa,γ=1J/㎡,如有长度c=1μm的裂纹,那么按(2.19)式,σc=4×108Pa。高强度钢,假定E相同,γp=103,γ=103J/㎡,那么σc=4×108Pa时,临界裂纹长度可到达1.25mm,比陶瓷材料的允许裂纹尺寸大了三个数量级。由此可见,陶瓷材料存在微观尺寸裂纹时会导致在低于理论强度的应力下发生断裂,而金属材料那么要有宏观尺寸的裂纹才能在
您可能关注的文档
最近下载
- 2023年5月青少年软件编程等级考试Scratch三级真题试题及答案.pdf VIP
- 居民参与实训考试3.doc VIP
- 2023年12月青少年软件编程等级考试Scratch三级真题及答案.pdf VIP
- 大学生创新创业精品成品.pptx VIP
- 采购部门规划.pptx VIP
- 中国历史文化知识题库100道精品【含答案】.docx
- JT∕T 722-2023 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件.pdf
- 内蒙古民族大学《心理学研究方法》期末考试试卷及标准答案.docx
- 2024年3月青少年软件编程等级考试Scratch三级真题(试题及答案).pdf VIP
- 2024年中考语文试题分类汇编:散文、小说阅读(第03期)含答案及解析.pdf VIP
文档评论(0)