第四章金屬的斷裂韌度20151110

1、 第四章 金屬的斷裂韌度 零件所受到的載荷工作應(yīng)力零件本身形狀尺寸材料本身的內(nèi)部缺陷和加工或服役過程中形成的微小裂紋的存在裂紋附近產(chǎn)生應(yīng)力集中和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)造成構(gòu)件在按材料力學(xué)設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力以下的破壞即所謂“低應(yīng)力脆斷問題低應(yīng)力脆斷問題”裂紋突然擴(kuò)展裂紋逐步擴(kuò)展IKICKIGICG第一類裂紋第二類裂紋第三類裂紋IKICK12123cos1 sinsin22223cos1 sinsin22220()xyzzxyarar 薄板，平面應(yīng)力狀態(tài)（厚板，平面應(yīng)變狀態(tài)）假設(shè) IKaFracture Toughness應(yīng)力場強(qiáng)度因子應(yīng)力場強(qiáng)度因子0時(shí)，在裂紋延長線上的應(yīng)力分布 IxyxyK2 r0拉應(yīng)力分量

2、最大，裂紋最容易沿著x軸方向擴(kuò)展 平面應(yīng)力狀態(tài)下的表達(dá)式第一類裂紋第二類裂紋第三類裂紋IKIKaMPa m32MN mIKYaIKYaIKmaxmintnoalKKICKKIICKKICYaKKK當(dāng)K1達(dá)到臨界值K1C時(shí)，零件內(nèi)裂紋將發(fā)生失失穩(wěn)擴(kuò)展穩(wěn)擴(kuò)展而出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂低應(yīng)力脆性斷裂，而K1K1C時(shí)，零件安全可靠（破損安全）IKICKS1222212233112ss13max22sss根據(jù)彈性理論計(jì)算出裂紋尖端應(yīng)力分布 Eq.(4-1)根據(jù)一般應(yīng)力狀態(tài)與主應(yīng)力狀態(tài)間的換算關(guān)系計(jì)算出裂紋尖端處主應(yīng)力 Eq.(4-8)平面應(yīng)力與與平面應(yīng)變條件下裂紋尖端處屈服區(qū)形狀屈服區(qū)形狀曲線方程 Eq(4-

3、9)Von Mises Criterion0r yssysys2I00sK1R2r0002rIysKdrRr002Rryss平面應(yīng)力狀態(tài)（薄板）2.51 2(0.3)3(1/3)sysss 平面應(yīng)變狀態(tài)（厚板）或IKIKIKIKyaar O1O1yOOry001Rr2r IyKYa rI22sI22sYaK10.16Y/YaK10.056Y/（平面應(yīng)力）（平面應(yīng)變）大件表面橢圓形裂紋Eq.(4-18)薄板平面應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力場強(qiáng)度因子厚板平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力場強(qiáng)度因子無限大平板中心穿透裂紋Eq.(4-17)薄板平面應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力場強(qiáng)度因子厚板平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力場強(qiáng)度因子/S /S /0.7S 10% 01

4、0yaRrr2C3.2IsKa2C0.56IsKa22.5ICsKaIGICG2epsWUA pS()(2)eUWA 設(shè)等式左為裂紋擴(kuò)展設(shè)等式左為裂紋擴(kuò)展動(dòng)力動(dòng)力U，系統(tǒng)勢能，系統(tǒng)勢能裂紋擴(kuò)展阻力裂紋擴(kuò)展阻力物理意義：彈性體應(yīng)變能 外力對(duì)彈性體做功提供裂紋擴(kuò)展所需能量IUGA裂紋擴(kuò)展能量釋放率 恒位移與恒載荷下的 Eq.(4-25) IG平面應(yīng)力與平面應(yīng)變狀態(tài)下的 Eq.(4-26) IGIICGGICKIG20012IsKRrsICKICJUeUW()IeUGUWaa eeUdUdVdxdyWdWu TdsuJdyTdsxIIJG011limIaUUJBaBa ICKCs8lnsec2scs

5、aE8lnsec2scccsaEcs2saE2cccsaE22cccccsssaKGEE222(1)IccIcssGKnEn2222.5,2.5,()2.5ICICICSSSKKKBaWa斜率減少5%，裂紋擴(kuò)展2%時(shí)載荷值FQ條件裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展載荷maxF0.2ICKa/2%a a5QFFQFmaxFmaxQFFQKICK22.5(/)QsBKmax/1.10QFF QICKKICK2ICTKEndTd裂紋跨越第二相的斷裂（僅適用于彈性體） 1/21/21/2/nnI CCyCKXCYnCX解理斷裂應(yīng)力；屈服斷裂應(yīng)力；應(yīng)變硬化指數(shù)；特征距離，對(duì)于低碳鋼為23個(gè)晶粒尺寸。1/2*I CYfCKEX EY*fCX拉伸彈性模量；屈服強(qiáng)度；臨界斷裂應(yīng)變；特征距離，第二相質(zhì)點(diǎn)間的平均距離。ICKKVA2ktt0ttICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICKICK1/21/21/2ICK2