断裂失效与断裂控制设计课件.pptx

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*結構中的缺陷是引起破壞的重要原因。最嚴重的缺陷是裂紋。裂紋引起斷裂破壞，如何分析、控制？不會分析時，構件發現裂紋，報廢。20世紀50年代後，“斷裂力學”形成、發展，人們力圖控制斷裂、控制裂紋擴展。裂紋從何而來？材料缺陷；疲勞萌生；加工、製造、裝配等損傷。

*20世紀50年代，美國北極星導彈固體燃料發動機殼體發射時斷裂。材料為高強度鋼，屈服強度?s=1400MPa，工作應力??900MPa。1965年12月，英國JohnThompson公司制造的大型氨合成塔在水壓試驗時斷裂成二段，碎塊最重達2噸。斷裂起源於焊縫裂紋，發生斷裂時的試驗應力僅為材料屈服應力的48%。5.1結構中的裂紋按靜強度設計，控制工作應力?。但在??[?]時，結構發生破壞的事例並不鮮見。20世紀80年代初，某電站大型汽輪機轉子軸斷裂。

*低應力斷裂：在靜強度足夠的情況下發生的斷裂。低應力斷裂是由缺陷引起的，缺陷的最嚴重形式是裂紋。裂紋，來源於材料本身的冶金缺陷或加工、製造、裝配及使用等過程的損傷。中心裂紋工程常見裂紋2asWBs邊裂紋ass表面裂紋2catss

*剩餘強度:受裂紋影響降低後的強度。載荷或腐蝕環境作用正常工作應力可能破壞破壞裂紋尺寸使用時間a)裂紋擴展曲線剩餘強度裂紋尺寸b)剩餘強度曲線最大設計應力載荷裂紋應力集中嚴重結構或構件強度削弱裂紋擴展剩餘強度下降在大的偶然載荷下，剩餘強度不足，發生破壞。在正常使用載荷下，裂紋擴展，直至最後斷裂。

*4.臨界裂紋尺寸如何確定？結構中可以允許多大的初始裂紋？有裂紋的構件擴展到發生破壞的少剩餘壽命？需要回答下述問題：1.裂紋是如何擴展的？2.剩餘強度與裂紋尺寸的關係如何？3.控制含裂紋結構破壞與否的參量是什麼？如何建立破壞（斷裂）判據？這些問題必須借助於斷裂力學才能解決。

*Fractureisaproblemthatsocietyhasfacedforaslongastherehavebeenman-madestructures.Theproblemmayactuallybeworsetodaythaninpreviouscenturies,becausemorecangowronginourcomplextechnologicalsociety.從人類開始製造結構以來，斷裂就是社會面對的一個問題。事實上，現在這個問題比過去一些世紀更嚴重，因為在我們的複雜技術社會中會有更多的錯誤出現。

*Fortunately,advancesinthefieldoffracturemechanicshavehelpedtooffsetsomeofthepotentialdangers.OurunderstandingofhowmaterialfailandourabilitytopreventsuchfailureshasincreasedconsiderablysinceWorldWarII.Muchremainstobelearned,however,andexistingknowledgeoffracturemechanicsisnotalwaysappliedwhenappropriate.所幸的是，斷裂力學的發展幫助我們避免了一些潛在的危險。我們對材料如何破壞的理解、避免這類破壞發生的能力，自二次世界大戰以來已顯著增加。然而，還有許多要研究，已有的斷裂力學知識也並未總是在適當的時候得到應用。

*5.2裂紋尖端的應力強度因數裂紋的三種基本受載形式：ssxyzttxyz1型(張開型):承受與裂紋面垂直的正應力?，裂紋面位移沿y方向，裂紋張開。2型(滑開型):承受xy平面內的剪應力?，裂紋面位移沿x方向，裂紋面沿x方向滑開。3型(撕開型):承受是在yz平面內的剪應力?，裂紋面位移沿z方向，裂紋沿z方向撕開。ttxyz1型2型3型

*要使裂紋擴展，必須?0。即只有拉應力才能引起裂紋的張開型擴展。工程中最常見的、危害最大的是I型裂紋。討論含有長為2a的穿透裂紋的無限大平板，二端承受垂直於裂紋面的拉應力?作用的情況。ssxy2adxdyrqsysxtxy在距裂尖r，與x軸夾角為?處，取一尺寸為dx、dy的微面元；利用彈性力學方法，可得到裂紋尖