斷裂可靠性問(wèn)題演示文稿

斷裂可靠性問(wèn)題演示文稿2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤1現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五優(yōu)選斷裂可靠性問(wèn)題現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤3斷裂可靠性問(wèn)題問(wèn)題的由來(lái)；斷裂力學(xué)的基本概念和方法；斷裂可靠性分析。常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法；常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及其解決方法。線彈性斷裂力學(xué)的基本理論；線彈性斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用：靜強(qiáng)度中斷裂準(zhǔn)則的應(yīng)用；

損傷容限設(shè)計(jì)。靜載抗斷裂的可靠度；變載抗斷裂的可靠度；變載抗斷裂的可靠壽命?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤41.常規(guī)機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般方法常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)：拉、彎、扭、…

疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：對(duì)稱、脈動(dòng)、…應(yīng)力計(jì)算、實(shí)測(cè)許用應(yīng)力由材料、結(jié)構(gòu)及工況規(guī)定現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤5常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問(wèn)題應(yīng)力分析中的不確定因素外載荷的不確定尺寸因素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（或規(guī)定條件）問(wèn)題一變量是確定的問(wèn)題二物體是連續(xù)無(wú)缺陷的現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤6問(wèn)題一的解決——概率法機(jī)械設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)變量視為隨機(jī)變量，保證所設(shè)計(jì)的零件具有指定的可靠性指標(biāo)?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤7應(yīng)力——強(qiáng)度干涉模型現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤8應(yīng)力、強(qiáng)度不同分布下的可靠度（1）應(yīng)力和強(qiáng)度都是指數(shù)分布時(shí)應(yīng)力分布函數(shù)強(qiáng)度分布函數(shù)可靠度現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤9應(yīng)力、強(qiáng)度不同分布下的可靠度（2）應(yīng)力和強(qiáng)度都是正態(tài)分布時(shí)應(yīng)力分布函數(shù)

l~強(qiáng)度分布函數(shù)

s~由聯(lián)系方程求ZR，查正態(tài)分布表求可靠度

現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤10應(yīng)力、強(qiáng)度不同分布下的可靠度現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤11問(wèn)題二與工程現(xiàn)實(shí)誰(shuí)對(duì)空難負(fù)責(zé)?1979年，美國(guó)歷史上最大的空難事件，270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)、…現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤12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。現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤13問(wèn)題二的解決——損傷容限設(shè)計(jì)損傷容限設(shè)計(jì)就是以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)，以無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)和斷裂韌度的測(cè)量技術(shù)為手段，以有初始缺陷或裂紋零構(gòu)件的剩余壽命估算為中心，以斷裂控制為保證，確保零構(gòu)件在其服役期內(nèi)能夠安全使用的一種疲勞設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤14損傷容限設(shè)計(jì)的基本思想設(shè)計(jì)思想：允許零件有初始缺陷，或在服役過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生破損，但在下次檢修之前應(yīng)保持一定的剩余強(qiáng)度，能夠正常使用，直到下次檢修予以發(fā)現(xiàn)、修復(fù)或更換。關(guān)鍵問(wèn)題：如何估算裂紋擴(kuò)展壽命（靜載下的剩余強(qiáng)度？）斷裂力學(xué)現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤152斷裂力學(xué)的基本理論

什么是斷裂力學(xué)？含裂紋體的強(qiáng)度理論。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?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤162斷裂力學(xué)的基本理論斷裂力學(xué)的目的：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(guò)程估算含裂紋結(jié)構(gòu)的壽命：疲勞問(wèn)題現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤172斷裂力學(xué)的基本理論斷裂力學(xué)涉及力學(xué)、材料學(xué)和工程應(yīng)用的許多問(wèn)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)裂紋的情況、損傷容限（允許最長(zhǎng)的裂紋）和外載荷，如何計(jì)算結(jié)構(gòu)允許使用的時(shí)間？（剩余壽命——疲勞裂紋擴(kuò)展壽命）選擇材料?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤182斷裂力學(xué)的基本理論2.1裂紋的基本類型2.2裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子2.3脆性斷裂的K準(zhǔn)則2.4工程應(yīng)用中的斷裂問(wèn)題現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤192.1裂紋的基本類型裂紋表面裂紋前緣張開(kāi)型(I)滑開(kāi)型(Ⅱ)撕開(kāi)型(Ⅲ)IIIIII現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤20三種基本斷裂類型的實(shí)例現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤21

葉輪中的I型裂紋現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤22聯(lián)接螺栓中的II型裂紋現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤232.2裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分析方法：按彈性理論；分析邊界條件；求解應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的一般表達(dá)式：中心貫穿裂紋無(wú)限大板現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤242.2裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子改變裂紋類型后的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分析結(jié)果：應(yīng)力強(qiáng)度因子的一般表達(dá)式：應(yīng)力強(qiáng)度因子現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤252.2裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力場(chǎng)分析結(jié)果討論一裂紋尖端附近區(qū)域的應(yīng)力分布是位置坐標(biāo)的函數(shù)，與無(wú)限遠(yuǎn)處的應(yīng)力大小和裂紋長(zhǎng)度無(wú)關(guān)；應(yīng)力在裂紋尖端出現(xiàn)奇異點(diǎn)；結(jié)論一應(yīng)力不適宜作為建立強(qiáng)度條件的物理參量?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤262.2裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力場(chǎng)分析結(jié)果討論二應(yīng)力強(qiáng)度因子在裂紋尖端是一個(gè)有限量；應(yīng)力強(qiáng)度因子是裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)強(qiáng)度的度量；應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值是材料本身的固有屬性。結(jié)論二利用應(yīng)力強(qiáng)度因子建立破壞條件是適當(dāng)?shù)摹，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤272.3脆性斷裂的K準(zhǔn)則（1）應(yīng)變能釋放率與G準(zhǔn)則分析原理：能量法應(yīng)變能釋放率裂紋擴(kuò)展需要吸收的能量率擴(kuò)展穩(wěn)定臨界裂紋臨界條件：G準(zhǔn)則現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤28（1）應(yīng)變能釋放率與G準(zhǔn)則無(wú)限大板受拉伸實(shí)例臨界條件臨界應(yīng)力臨界裂紋長(zhǎng)度現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤29（1）應(yīng)變能釋放率與G準(zhǔn)則關(guān)于G準(zhǔn)則的討論GIc是材料常數(shù)，表征材料對(duì)裂紋擴(kuò)展的抵抗能力，由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。上述工程應(yīng)用實(shí)例適用于脆性材料。金屬材料的G準(zhǔn)則：應(yīng)變能釋放率=形成新表面所需表面能+裂紋擴(kuò)展所需塑性變形能。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤30（2）應(yīng)力強(qiáng)度因子與應(yīng)變能釋放率之間的關(guān)系在討論線彈性斷裂問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用G和K為參數(shù)是等價(jià)的?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤31（3）K準(zhǔn)則的表達(dá)及物理意義K準(zhǔn)則的一般表達(dá)式:KI和KIc的物理意義KI

：應(yīng)力強(qiáng)度因子，計(jì)算得到。KIc

：斷裂韌性：材料抵抗脆性斷裂的能力。

KIc的試驗(yàn)獲得平面應(yīng)變斷裂韌性試驗(yàn)現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤32平面應(yīng)變斷裂韌性的測(cè)定1.試樣及其制備用于測(cè)定KIc的標(biāo)準(zhǔn)試樣主要采用三點(diǎn)彎曲和緊湊拉伸試樣。為引發(fā)裂紋，可先用線切割加工寬度≤0.13mm的切口，然后用高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)預(yù)制長(zhǎng)度>1.3mm的疲勞裂紋。疲勞預(yù)制中的Kmax應(yīng)小于0.6KIc，特別是在最終達(dá)到要求裂紋長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡量減小負(fù)荷，以保證裂紋有足夠的尖銳度?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤33兩種典型的斷裂韌性試樣（a）三點(diǎn)彎曲 （b）緊湊拉伸現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤34平面應(yīng)變斷裂韌性的測(cè)定2.測(cè)試設(shè)備和方法測(cè)試的裝置如圖所示。測(cè)試時(shí)，通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器以及動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和函數(shù)記錄儀，連續(xù)記錄負(fù)荷F和裂紋嘴張開(kāi)位移v，從而得到F—v曲線。由此曲線如果能定出臨界載荷Fc以及由斷口上測(cè)定的裂紋長(zhǎng)度a，代入確定的KIc計(jì)算公式，就可以求得材料的斷裂韌性KIc值?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤35KIc測(cè)試裝置系統(tǒng)現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤362.4工程應(yīng)用中的斷裂問(wèn)題問(wèn)題一：復(fù)合型斷裂問(wèn)題MWMTMWMT裂紋表面裂紋前緣IIIIIII、I+IIII+III+II+IIII+II+III現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤37復(fù)合型斷裂問(wèn)題——復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則要面臨的問(wèn)題：裂紋類型的復(fù)雜性；裂紋開(kāi)裂方向的不確定性；復(fù)合型問(wèn)題的研究目的：裂紋沿什么方向開(kāi)裂（開(kāi)裂角）？裂紋在什么條件下開(kāi)裂（斷裂準(zhǔn)則）？復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則：以應(yīng)力為參數(shù)；以位移為參數(shù)；以能量為參數(shù)；現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤38幾個(gè)重要的復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則最大應(yīng)力準(zhǔn)則；應(yīng)變能密度準(zhǔn)則；應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則；工程經(jīng)驗(yàn)公式；現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤39最大應(yīng)力準(zhǔn)則基本假定：裂紋沿最大周向應(yīng)力的方向開(kāi)裂；當(dāng)此方向的周向應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展；基本方法：裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)疊加，并表達(dá)成極坐標(biāo)形式；尋找周向應(yīng)力最大的方向；由I型裂紋開(kāi)裂條件給出裂紋臨界失穩(wěn)的條件。局限性：沒(méi)有綜合考慮其它應(yīng)力分量的影響；不能區(qū)分廣義的平面應(yīng)力和平面應(yīng)變問(wèn)題?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤40應(yīng)變能密度因子準(zhǔn)則基本方法：綜合考慮裂紋尖端附近六個(gè)應(yīng)力分量的作用，計(jì)算出裂紋尖端局部的應(yīng)變能密度；比較以裂紋尖端為圓心的同心圓上的局部應(yīng)變能密度，并由此提出裂紋失穩(wěn)開(kāi)裂的判據(jù)；基本假設(shè)：裂紋沿應(yīng)變能密度因子的極小值開(kāi)裂；應(yīng)變能密度因子達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)開(kāi)裂；現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤41應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則基本假設(shè)：裂紋沿著應(yīng)變能釋放率達(dá)到最大的方向擴(kuò)展；該方向上的應(yīng)變能釋放率達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋開(kāi)始擴(kuò)展。基本方法：I型G準(zhǔn)則的推廣應(yīng)用?，F(xiàn)在是41頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤42復(fù)合斷裂的工程經(jīng)驗(yàn)公式I—II復(fù)合型I—III復(fù)合型I—II—III復(fù)合型現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤432.4工程應(yīng)用中的斷裂問(wèn)題問(wèn)題二：彈塑性斷裂問(wèn)題中、長(zhǎng)裂紋的平面應(yīng)力斷裂韌帶屈服斷裂全屈服區(qū)小尺寸裂紋的斷裂現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤44彈塑性斷裂問(wèn)題——解決之一線彈性斷裂力學(xué)的推廣應(yīng)用——塑性區(qū)等效模型不考慮塑性區(qū)：FBD考慮塑性區(qū)：ABC+CE想象：裂紋尖端前移ryBD與CE重合；等效裂紋長(zhǎng)度：裂紋尖端附近應(yīng)力

塑性區(qū)的存在相當(dāng)裂紋長(zhǎng)度增加，即裂紋體的柔度增加?，F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤45線彈性斷裂力學(xué)的局限性KI的局限性：應(yīng)力分布按彈性力學(xué)方法進(jìn)行描述，尖端有奇異性；KIc的局限性：必須保證平面應(yīng)變條件，試驗(yàn)問(wèn)題?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤46彈塑性斷裂裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段從開(kāi)始加載到裂紋起始擴(kuò)展前的階段。裂紋長(zhǎng)度沒(méi)有變化，只是隨著載荷的增加塑性區(qū)不斷擴(kuò)大。裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展階段。又叫裂紋的亞臨界擴(kuò)展階段。裂紋長(zhǎng)度隨著外載荷增加而增加。裂紋的失穩(wěn)(快速)擴(kuò)展階段。即使載荷不增加，裂紋也將會(huì)失去控制地快速擴(kuò)展。

現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤47彈塑性斷裂問(wèn)題——解決之二建立判斷彈塑性斷裂發(fā)生的準(zhǔn)則找出能描述裂紋尖端彈塑性應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)的某個(gè)力學(xué)參量，建立該參量與應(yīng)力σ和裂紋長(zhǎng)度a的關(guān)系式。測(cè)出材料的彈塑性斷裂韌性，即要測(cè)出所選參量在發(fā)生彈塑性斷裂時(shí)的值，并要求該值是材料常數(shù)?，F(xiàn)在是47頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤48彈塑性斷裂準(zhǔn)則裂紋開(kāi)裂準(zhǔn)則：COD、J積分；裂紋失穩(wěn)準(zhǔn)則：R阻力曲線法現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤493.斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用（1）基本表達(dá)式的形式轉(zhuǎn)換

K準(zhǔn)則：臨界應(yīng)力：臨界裂紋長(zhǎng)度：現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤503.斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用（2）k準(zhǔn)則在靜載斷裂分析中的應(yīng)用應(yīng)用場(chǎng)合：已知應(yīng)力，求臨界裂紋長(zhǎng)度；已知裂紋長(zhǎng)度，求臨界應(yīng)力（剩余強(qiáng)度）。應(yīng)用步驟：通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，確定裂紋a的長(zhǎng)度及位置；對(duì)缺陷進(jìn)行分析，計(jì)算或查表得到應(yīng)力強(qiáng)度因子K的表達(dá)式；通過(guò)試驗(yàn)或查表，確定材料的平面應(yīng)變斷裂韌性KIc值；根據(jù)K準(zhǔn)則，進(jìn)行斷裂力學(xué)分析，確定臨界裂紋長(zhǎng)度ac或臨界應(yīng)力（剩余強(qiáng)度）值。現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤51靜載斷裂分析實(shí)例1950年，美國(guó)北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體發(fā)生爆炸事件。已知?dú)んw材料為D6GC高強(qiáng)度鋼，，～，傳統(tǒng)檢驗(yàn)合格，水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)爆炸，破壞應(yīng)力為。材料的斷裂韌性為～，試分析其低應(yīng)力脆斷的原因?，F(xiàn)在是51頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤52靜載斷裂分析實(shí)例（1）應(yīng)力分析周向應(yīng)力軸向應(yīng)力現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤53靜載斷裂分析實(shí)例（2）按常規(guī)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核結(jié)論：靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)合格，理論上不應(yīng)該發(fā)生爆炸事件?，F(xiàn)在是53頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤54靜載斷裂分析實(shí)例（3）斷裂分析設(shè)裂紋為表面半橢圓紋，查表得應(yīng)力強(qiáng)度因子：臨界裂紋長(zhǎng)度：結(jié)論：可能有漏檢裂紋存在?，F(xiàn)在是54頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤55靜載斷裂分析實(shí)例（4）討論現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤564.斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用——損傷容限設(shè)計(jì)（1）疲勞裂紋擴(kuò)展速率定義：研究裂紋擴(kuò)展速率的目的：設(shè)計(jì)選材時(shí)的參考；計(jì)算裂紋體的剩余壽命；現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤574.斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用——損傷容限設(shè)計(jì)臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度疲勞斷裂韌性（2）疲勞裂紋擴(kuò)展速率的經(jīng)驗(yàn)公式——Paris公式現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤584.斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用——損傷容限設(shè)計(jì)Paris公式的說(shuō)明：關(guān)于應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍：關(guān)于C和m：材料常數(shù)現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤594.斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用——損傷容限設(shè)計(jì)（3）影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素平均應(yīng)力：平均應(yīng)力使裂紋擴(kuò)展速率增加；超載：過(guò)載峰延緩隨后的低載恒幅下的裂紋擴(kuò)展；加載頻率：加載頻率減小，裂紋擴(kuò)展速率增大；溫度：溫度提高，裂紋擴(kuò)展速率增大?，F(xiàn)在是59頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤604.斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用——損傷容限設(shè)計(jì)

（4）反映平均應(yīng)力影響的裂紋擴(kuò)展速率——Forman公式現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤61疲勞裂紋擴(kuò)展分析實(shí)例

冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題單側(cè)裂紋鋼板現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤62冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤63冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤64冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤65冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤66冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題為了得到較長(zhǎng)的裂紋擴(kuò)展壽命，必須盡量減小初始裂紋尺寸。材料斷裂韌性的變化，雖然也會(huì)引起臨界裂紋長(zhǎng)度的變化，對(duì)疲勞壽命卻沒(méi)有明顯的影響?，F(xiàn)在是66頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤67常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問(wèn)題回顧應(yīng)力分析中的不確定因素外載荷的不確定尺寸因素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（或規(guī)定條件）問(wèn)題一變量是確定的問(wèn)題二物體是連續(xù)無(wú)缺陷的現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤685.斷裂可靠性分析材料的斷裂韌性數(shù)據(jù)較為分散，同一種鋼甚至差兩三倍，而且裂紋幾何形狀因子的偏差、計(jì)算公式的偏差，殘余應(yīng)力等的不確定性使斷裂分析的精確性很低，因此宜用概率法設(shè)計(jì)。斷裂可靠性分析的基本理論斷裂準(zhǔn)則：KI<KIc

裂紋擴(kuò)展速率的一般表達(dá)式現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤695.斷裂可靠性分析

斷裂可靠性分析的基本思想——應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度都是正態(tài)分布時(shí)現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤705.斷裂可靠性分析

（1）靜載抗斷裂可靠性分析現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤715.斷裂可靠性分析

（2）變載抗斷裂可靠性分析控制目標(biāo)1：應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度不超過(guò)門檻值現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤725.斷裂可靠性分析（3）變載抗斷裂的可靠壽命控制目標(biāo)2：按Paris公式擴(kuò)展，滿足一定的可靠壽命

現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤735.斷裂可靠性分析（3）變載抗斷裂的可靠壽命現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤745.斷裂可靠性分析（3）變載抗斷裂的可靠壽命計(jì)算原則（按對(duì)數(shù)正態(tài)分布）求一定壽命下的可靠度求一定可靠度下的可靠壽命現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤755.斷裂可靠性分析

實(shí)際計(jì)算中的問(wèn)題應(yīng)力和強(qiáng)度的分布確定變量的分布：查表、試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等得到；函數(shù)的分布：用泰勒展開(kāi)法、變異系數(shù)法和基本函數(shù)法計(jì)算求得。變量函數(shù)現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤76斷裂可靠性分析實(shí)例變載抗斷裂可靠性分析實(shí)例靜載抗斷裂可靠性分析實(shí)例現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤77泰勒展開(kāi)法設(shè)n維隨機(jī)變量x1，x2，…，xn的函數(shù)函數(shù)的均值函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差腳標(biāo)“0”表示求偏導(dǎo)數(shù)后將xi取為均值

可用于各種函數(shù)形式現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤78變異系數(shù)法設(shè)函數(shù)的均值函數(shù)的變異系數(shù)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算最簡(jiǎn)便現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤79基本函數(shù)法將常用函數(shù)形式作為基本函數(shù)，用表中公式求均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。對(duì)于較復(fù)雜的函數(shù)可化為這些基本函數(shù)的形式?，F(xiàn)在是79頁(yè)\一共有91頁(yè)\編輯于星期五2023/4/20斷裂可靠性問(wèn)題——東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院——何雪浤80靜載抗斷裂可靠性分析實(shí)例受靜載荷的矩形截面拉桿，材料32SiMnMoV鋼，920℃油淬，320℃回火，σb=1950N/mm2，σs=1750N/mm2，KIc=1840N/mm3/2，最小截面尺寸寬W=150±3mm，厚B=5±0.15mm