焊接结构的疲劳裂纹形成及扩展寿命预测.pptVIP

;构件的疲劳寿命通常可以分为裂纹的形成寿命和裂纹的扩展寿命，工程上所指的疲劳裂纹形成阶段，常指疲劳裂纹成核并扩展到工程上可检长度的阶段，预测构件疲劳裂纹形成寿命的主要方法就是局部应力应变法，而裂纹的扩展寿命可以用断裂力学方法来计算。

局部应力应变法预测构件的疲劳裂纹构成寿命的根本思想：据顶构件疲劳裂纹形成寿命的关键是构件局部应力应变集中区的最大局部应力应变。只要最大局部应力应变相同，疲劳寿命也就相同。因此，只要知道光滑材料试件的疲劳寿命曲线，也就可以把存在应力集中的构件的最大局部应力应变与其对应，从而计算出构件的疲劳裂纹形成寿命。;局部应力应变分析的Neuber法

;Neuber法

;;;

焊接结构疲劳寿命预测的断裂力学方法

;按裂纹的几何特征分：

穿透裂纹：贯穿构件厚度的裂纹称为穿透裂纹。

外表裂纹：裂纹位于构件外表，或裂纹深度相对构件厚度比较小九作为外表裂纹处理。对于外表裂纹通常简化为办椭圆形裂纹。

深埋裂纹：裂纹位于构件内部，常简化为椭圆片状裂纹或圆片裂纹。

按裂纹的力学特征分:

张开型裂纹：裂纹受垂直于裂纹面的拉应力，使裂纹外表产生张开位移。

滑开型裂纹：裂纹受平行与裂纹面，并且垂直与裂纹千元的剪应力，使裂纹在平面内相对滑开。

撕开型裂纹：裂纹受平行与裂纹面，并且平行于裂纹千元的剪应力，使裂纹相对错开。;Irwin通过裂纹尖端附近应力力场的研究．提出了一个新参量——应力强度因子，并建立了断裂判据，这一判据在工程上得到了广泛的应用。

I型裂纹尖端的应力场合位移场的表达式如下：;;疲劳裂纹扩展方程式

许多结构因冷加工、淬火、装配及焊接过程中都有可能产生裂纹，因此，研究带裂纹构件的平安性问题显得十分重要。断裂力学为解决这一类问题提供了理论根底。

对于如图8.1所示中心有长为2a的穿透裂纹的无限大薄板，在无穷远处受均匀应力作用。根据线弹性理论，裂纹尖端附近任意一点的应力状态分量可用〔8.1〕式表示。;;由上述裂纹尖端应力场可知，如给定裂纹尖端某点的位置时，裂纹尖端某点的应力、位移和应变完全由K1决定，如将应力写成一般通式

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即可更清楚地看出，裂纹尖端应力应变场的强弱程度完全由K1决定，因此把K1称为应力强度因子。应力强度因子K1决定于裂纹的形状和尺寸，也决定于应力的大小。如对无限大平板内中心含有穿透K1=,由此可知线弹性断裂力学并不象传统力学那样，单纯用应力大小来描述裂纹尖端的应力场，而是同时考虑应力与裂纹形状及尺寸的综合影响。

???由公式可知，当时，此时裂纹尖端处的应力趋于无穷大，这说明裂纹尖端处应力是奇点，应力场具有r-1/2阶奇异性。有公式还可看出，当=0，即在裂纹的延长线上

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这说明裂纹在xoy平面时，切应力为零，而拉应力最大，所以裂纹容易沿着该平面扩展。K1的国际单位为，英制单位为,其间的换算为1=1.099。?;断裂韧性Kc和K1c

???对于受载的裂纹体，应力强度因子K1是描写裂纹尖端应力场强弱程度的力学参量，可以推断当应力增大时，K1也逐渐增加，当K1到达某一临界值时，带裂纹的构件就断裂了。这一临界值便称为断裂韧性Kc或K1c。应当注意，K1和Kc或K1c是不同的。

???K1是受外界条件影响的反映裂纹尖端应力场强弱程度的力学度量，它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化，也和裂纹的形状类型，以及加载方式有关，但它和材料本身的固有性能无关。而断裂韧性Kc和K1c那么是反映材料阻止裂纹扩展的能力，因此是材料本身的特性。Kc和K1c不同点在于,Kc是平面应力状态下的断裂韧性，它和板材或试样厚度有关，而当板材厚度增加到到达平面应变状态时断裂韧性就趋于一稳定的最低值，这时便与板材或试样的厚度无关了，我们称为K1c，或平面应变的断裂韧性，它才真正是一材料常数，反映了材料阻止裂纹扩展的能力。

???我们通常测定的材料断裂韧性，就是平面应变的断裂韧性K1c。而建立的断裂判据也是以K1c为标准的，因为它反映了最危险的平面应变断裂情况。从平面应力向平面应变过渡的板材厚度取决于材料的强度，材料的屈服强度越高，到达平面应变状态的板材厚度越小。;在裂纹的延长线上〔即X轴上〕，θ=0，最大主应力，它就是σy。σy随坐标γ而变化γ越小，σy越大，

当γ=γ0时，从