混凝土斷裂韌度及實例分析5

1、材料力學性能材料力學性能材料與化工學院材料與化工學院第四章第四章 金屬的斷裂韌度金屬的斷裂韌度4.1 4.1 線彈性條件下的金屬斷裂韌度線彈性條件下的金屬斷裂韌度4.2 4.2 斷裂韌度斷裂韌度K Kcc的測試的測試4.3 4.3 影響斷裂韌度影響斷裂韌度K Kcc的因素（了解、自學）的因素（了解、自學）4.4 4.4 斷裂斷裂K K判據應用案例判據應用案例4.5 4.5 彈塑性條件下金屬斷裂韌度的基本概念彈塑性條件下金屬斷裂韌度的基本概念4.5 4.5 彈塑性條件下金屬斷裂韌度的基本概念彈塑性條件下金屬斷裂韌度的基本概念高強度鋼的高強度鋼的塑性區(qū)尺寸很小塑性區(qū)尺寸很小，相對屈服范圍也很小，相

2、對屈服范圍也很小， 一般屬于一般屬于小范圍屈服小范圍屈服，可以用，可以用線彈性斷裂力學線彈性斷裂力學解決問題。解決問題。中、低強度鋼中、低強度鋼塑性區(qū)較大塑性區(qū)較大，相對屈服范圍較大，相對屈服范圍較大, ,一般屬一般屬大范圍屈服大范圍屈服，甚至整體屈服。，甚至整體屈服。此時，線彈性斷裂力學已不適用，此時，線彈性斷裂力學已不適用， 從而要求發(fā)展從而要求發(fā)展彈塑性斷裂力學彈塑性斷裂力學來解決其斷裂問題。來解決其斷裂問題。一般是將線彈性原理進行一般是將線彈性原理進行延伸延伸， 并在試驗基礎上提出并在試驗基礎上提出新的新的斷裂韌性和斷裂判據。斷裂韌性和斷裂判據。目前常用的方法有目前常用的方法有J J積

3、分法積分法和和CODCOD法法。 J J積分法是由積分法是由G GI I延伸出來的一種斷裂延伸出來的一種斷裂能量能量判據判據; ; COD COD法是由法是由K KI I延伸出來的一種斷裂延伸出來的一種斷裂應變應變判據。判據。一、一、J J積分的概念積分的概念1 1、線彈性條件下、線彈性條件下G G的能量的能量線積分線積分的表達式的表達式 G G=-U/a=-U/a= (dy-u/xTds(dy-u/xTds) )2 2、彈塑性條件下、彈塑性條件下G G的能量線積分的表達式的能量線積分的表達式 J J= (dy-u/xTds(dy-u/xTds) ) J J積分積分反映了裂紋尖端區(qū)的應變能，反

4、映了裂紋尖端區(qū)的應變能， 即即應力應變的集中程度應力應變的集中程度。二、二、J J積分的能量率表達式積分的能量率表達式1 1、線彈性條件下，、線彈性條件下， J J=G=G= - U/a= - U/a2 2、彈塑性條件下，、彈塑性條件下， J J= - U/a = - U/a 三、斷裂韌度三、斷裂韌度J Jc c及斷裂及斷裂J J判據判據1 1、斷裂韌度、斷裂韌度J Jc c： 應力應變場的能量，應力應變場的能量， 達到使裂紋達到使裂紋開始擴展開始擴展的臨界狀態(tài)時，的臨界狀態(tài)時， 則則J J積分值也達到相應的臨界值積分值也達到相應的臨界值J Jc c。2 2、斷裂、斷裂J J判據：判據： J

5、JJJc c四、裂紋尖端張開位移四、裂紋尖端張開位移(COD)(COD)的概念的概念1 1、來源：、來源：(1)(1)對于中、低強度鋼構件，低應力脆斷：對于中、低強度鋼構件，低應力脆斷： 斷口具有斷口具有9090以上的結晶狀特征；以上的結晶狀特征； 而制取的小試樣，發(fā)生纖維狀的韌斷。而制取的小試樣，發(fā)生纖維狀的韌斷。(2)(2)中、低強度鋼構件承受多向應力中、低強度鋼構件承受多向應力 使裂紋尖端的塑性變形受到約束使裂紋尖端的塑性變形受到約束 當當應變量應變量達到某一達到某一臨界值臨界值 材料就發(fā)生斷裂。材料就發(fā)生斷裂。2 2、定義：、定義： 裂紋體裂紋體受載后，在裂紋尖端沿受載后，在裂紋尖端沿

6、垂直垂直裂紋方向裂紋方向所產生的所產生的位移位移，用，用 表示。表示。四、裂紋尖端張開位移四、裂紋尖端張開位移(COD)(COD)的概念的概念3 3、彈性條件、彈性條件( (小范圍屈服小范圍屈服) )下的下的CODCOD表達式：表達式：(1)(1)裂紋由裂紋由 虛擬擴展到虛擬擴展到 +r +ry y， 尖端由尖端由O O點移到點移到O O ， 尖端的張開位移尖端的張開位移 就是就是O O點在點在y y軸張開位移軸張開位移， 即即 2v2vI I型穿透裂紋型穿透裂紋四、裂紋尖端張開位移四、裂紋尖端張開位移(COD)(COD)的概念的概念(2)(2)斷裂韌度斷裂韌度 c c : : c c 裂紋裂

7、紋開始開始擴展擴展。 (3)(3)斷裂斷裂 判據：判據： c c ( (裂紋裂紋開始擴展開始擴展的斷裂判據的斷裂判據) )I I型穿透裂紋型穿透裂紋五、彈塑性條件下的五、彈塑性條件下的CODCOD表達式表達式帶狀屈服模型帶狀屈服模型( (或稱或稱DMDM模型模型) )。設塑性材料無限大薄板中有長為設塑性材料無限大薄板中有長為2 2 的的I I型穿透裂紋型穿透裂紋， 在遠處作用有平均應力在遠處作用有平均應力 ， 裂紋尖端的塑性區(qū)裂紋尖端的塑性區(qū) 呈尖劈形；呈尖劈形；假設沿假設沿x x軸將塑性區(qū)割開，軸將塑性區(qū)割開， 使裂紋長度由使裂紋長度由2 2 變?yōu)樽優(yōu)?c2c， 在割面的上下方代之以應力在割面的上下方代之以應力 s s，以阻止裂紋張開；，以阻止裂紋張開；于是該模型就變?yōu)樵谟谑窃撃Ｐ途妥優(yōu)樵? ( ，c) c)和和(- (- ，-c)-c)區(qū)間作用有區(qū)間作用有 s s， 無限遠處有均勻應力無限遠處有均勻應力 的的線彈性線彈性問題。問題。ABAB兩點的張開位移為兩點的張開位移為各種各種斷裂韌度關系：斷裂韌度關系：平面應