《斷裂力學(xué)強(qiáng)度理論》PPT課件

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1、含裂紋體的強(qiáng)度理論何雪浤9/7/20211前四章小結(jié)目標(biāo):敘述連續(xù)體的常規(guī)強(qiáng)度理論彈性和塑性理論的基本假設(shè)求解應(yīng)力的基本方法和基本方程一點(diǎn)處應(yīng)力狀態(tài)的描述及分析應(yīng)用：強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算外力；計(jì)算一點(diǎn)處的應(yīng)力（彈、塑性理論）；根據(jù)強(qiáng)度條件判斷一點(diǎn)處的應(yīng)力是否已處于臨界狀態(tài)（屈服或破壞）。注意：一般用于校核。9/7/20212強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問題及解決應(yīng)力分析中的不確定因素外載荷的不確定應(yīng)力分析中的不確定材料特性的不確定實(shí)際應(yīng)用:大于1的安全系數(shù)設(shè)計(jì)基本思想（理想）連續(xù)體永不破壞9/7/20213工程破壞的現(xiàn)實(shí)9/7/20214事故案例誰對(duì)空難負(fù)責(zé)?1979年，美國(guó)歷史上最大的空難事件，27

2、0多人原因：聯(lián)接發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)翼的連接件發(fā)生了斷裂歷史的回顧鐵路：英國(guó)，車輪、車軌、軌道斷裂橋梁：比利時(shí)，4年14起輪船：二次大戰(zhàn)，美貨輪、油輪，焊接飛機(jī)：英國(guó)“彗星”號(hào)導(dǎo)彈：美國(guó)“北極星”壓力容器航天飛機(jī)、…9/7/20215事故的共同特點(diǎn)破壞時(shí)的工作應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服極限；破壞的主要原因在于實(shí)際結(jié)構(gòu)材料中存在各種缺陷或裂紋，這些裂紋的存在顯著地降低了結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際強(qiáng)度。9/7/20216問題如何解決?研究與發(fā)展含裂紋體的強(qiáng)度理論：斷裂力學(xué)9/7/202175含裂紋體的強(qiáng)度理論5.1概論5.2裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)5.3應(yīng)力強(qiáng)度因子及其求法5.4脆性斷裂的K準(zhǔn)則5.5線彈性斷裂

3、力學(xué)在小范圍屈服中的推廣5.6彈塑性斷裂力學(xué)5.7疲勞裂紋擴(kuò)展速率9/7/202185.1概論5.1.1斷裂力學(xué)的發(fā)展過程5.1.2斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容5.1.3斷裂力學(xué)中的幾個(gè)基本概念脆性斷裂和韌性斷裂穿晶斷裂和沿晶斷裂長(zhǎng)度量綱與斷裂有關(guān)學(xué)科的劃分5.1.4斷口分析宏觀斷口分析微觀斷口分析9/7/202195.1.1斷裂力學(xué)的發(fā)展過程15世紀(jì)，達(dá)芬奇：鐵絲的斷裂載荷與長(zhǎng)度成反比1919年，俄國(guó)КолоcoB：無限大板中含一橢圓孔時(shí)應(yīng)力集中問題（應(yīng)力）結(jié)論：帶有裂紋的構(gòu)件，不能承載1921年，Griffith研究脆性材料的斷裂問題。（能量）二戰(zhàn)后，Irwin和Orowan各自獨(dú)立

4、將Griffith理論加以補(bǔ)充，以適用于金屬材料。將能量釋放率概念與應(yīng)力強(qiáng)度因子聯(lián)系起來奠定了線彈性斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)9/7/2021105.1.1斷裂力學(xué)的發(fā)展過程1958年，Irwin等用修正方法擴(kuò)大線彈性斷裂力學(xué)應(yīng)用范圍；Wells提出COD1968年，Rice和Hutchinson等人的工作，為J積分方法奠定了理論基礎(chǔ)。此后逐漸建立了彈塑性斷裂力學(xué)的主要參量體系。1961年，Paris提出裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子之間關(guān)系的著名公式對(duì)動(dòng)態(tài)斷裂的定量分析研究方興未艾9/7/2021115.1.2斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容研究材料或結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展（萌生）的動(dòng)力和阻力斷裂準(zhǔn)則及其適用范圍

5、和適用條件應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析：裂紋起裂、擴(kuò)展到失穩(wěn)過程估算含裂紋結(jié)構(gòu)的壽命：疲勞問題斷裂力學(xué)的目的在于定量地研究承載體由于含有一條主裂紋發(fā)生擴(kuò)展（包括靜載及疲勞載荷下的擴(kuò)展）而產(chǎn)生失效的條件。9/7/2021125.1.2斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容工程應(yīng)用在已知外載荷作用下結(jié)構(gòu)中容許的裂紋長(zhǎng)度(即臨界裂紋長(zhǎng)度)是多大?結(jié)構(gòu)中存在(或假定的)某長(zhǎng)度的初始裂紋時(shí)，擴(kuò)展到臨界裂紋長(zhǎng)度需要多少時(shí)間(或多少次載荷循環(huán))?-----剩余壽命結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度與裂紋長(zhǎng)度有什么樣的函數(shù)關(guān)系?9/7/2021135.1.2斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容選材方面涉及問題什么材料比較不容易萌生裂紋?什么材料可以容許比較長(zhǎng)

6、的裂紋存在而不發(fā)生斷裂?什么材料抵抗裂紋擴(kuò)展的性能比較好?怎樣冶煉、加工和熱處理可以得到最佳效果?9/7/2021145.1.2斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容斷裂力學(xué)涉及力學(xué)、材料學(xué)和工程應(yīng)用的許多問題，可用于處理：結(jié)構(gòu)形式已定，裂紋的情況已知，該結(jié)構(gòu)的承載能力如何？（剩余強(qiáng)度）結(jié)構(gòu)形式已定，外載荷已知，允許最長(zhǎng)的裂紋為多少？（損傷容限）已知結(jié)構(gòu)的損傷容限和外載荷。如何使結(jié)構(gòu)中各部件尺寸滿足要求（損傷容限設(shè)計(jì)）壽命計(jì)算。（疲勞裂紋擴(kuò)展壽命）選擇材料。9/7/2021155.1.3斷裂力學(xué)中的幾個(gè)基本概念脆性斷裂和韌性斷裂韌度(toughness)：材料在斷裂前的彈塑性變形中吸收能量的能力。

7、9/7/2021165.1.3斷裂力學(xué)中的幾個(gè)基本概念脆性斷裂和韌性斷裂在拉斷時(shí)，沒有明顯的塑性變形，是一種突然發(fā)生的斷裂，斷前沒有預(yù)兆；斷裂面比較平坦，而且基本與軸向垂直；斷口平齊而光亮，且與正應(yīng)力垂直。斷口上常呈人字紋或放射花樣。斷裂前的切口根部發(fā)生了塑性變形，剩余截面的面積縮小(即發(fā)生頸縮)；斷口可能呈鋸齒狀；用肉眼和低倍顯微鏡觀察時(shí)，斷口呈暗灰色，纖維狀。脆性斷裂：韌性斷裂：注意：概念的相對(duì)性（受溫度、應(yīng)力、環(huán)境等的影響）9/7/2021175.1.3斷裂力學(xué)中的幾個(gè)基本概念穿晶斷裂