第五章 斷裂失效與斷裂控制設(shè)計(jì)五

第五章斷裂失效與斷裂控制設(shè)計(jì)5.1結(jié)構(gòu)中的裂紋5.2裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子5.3控制斷裂的基本因素5.4材料的斷裂韌性K1c5.5斷裂控制設(shè)計(jì)返回主目錄1第五章斷裂失效與斷裂控制設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的缺陷是引起破壞的重要原因。最嚴(yán)重的缺陷是裂紋。裂紋引起斷裂破壞，如何分析、控制？不會(huì)分析時(shí)，構(gòu)件發(fā)現(xiàn)裂紋，報(bào)廢。20世紀(jì)50年代后，“斷裂力學(xué)”形成、發(fā)展，人們力圖控制斷裂、控制裂紋擴(kuò)展。裂紋從何而來？材料缺陷；疲勞萌生；加工、制造、裝配等損傷。220世紀(jì)50年代，美國(guó)北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體發(fā)射時(shí)斷裂。材料為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度s=1400MPa，工作應(yīng)力900MPa。1965年12月，英國(guó)JohnThompson公司制造的大型氨合成塔在水壓試驗(yàn)時(shí)斷裂成二段，碎塊最重達(dá)2噸。斷裂起源于焊縫裂紋，發(fā)生斷裂時(shí)的試驗(yàn)應(yīng)力僅為材料屈服應(yīng)力的48%。5.1結(jié)構(gòu)中的裂紋按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)，控制工作應(yīng)力。但在[]時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的事例并不鮮見。20世紀(jì)80年代初，某電站大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸斷裂。3低應(yīng)力斷裂：在靜強(qiáng)度足夠的情況下發(fā)生的斷裂。低應(yīng)力斷裂是由缺陷引起的，缺陷的最嚴(yán)重形式是裂紋。裂紋，來源于材料本身的冶金缺陷或加工、制造、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2catss4剩余強(qiáng)度:受裂紋影響降低后的強(qiáng)度。載荷或腐蝕環(huán)境作用正常工作應(yīng)力可能破壞破壞裂紋尺寸使用時(shí)間a)裂紋擴(kuò)展曲線剩余強(qiáng)度裂紋尺寸b)剩余強(qiáng)度曲線最大設(shè)計(jì)應(yīng)力載荷裂紋應(yīng)力集中嚴(yán)重結(jié)構(gòu)或構(gòu)件強(qiáng)度削弱裂紋擴(kuò)展剩余強(qiáng)度下降在大的偶然載荷下，剩余強(qiáng)度不足，發(fā)生破壞。在正常使用載荷下，裂紋擴(kuò)展，直至最后斷裂。54.臨界裂紋尺寸如何確定？結(jié)構(gòu)中可以允許多大的初始裂紋？有裂紋的構(gòu)件擴(kuò)展到發(fā)生破壞的少剩余壽命？需要回答下述問題：1.裂紋是如何擴(kuò)展的？2.剩余強(qiáng)度與裂紋尺寸的關(guān)系如何？3.控制含裂紋結(jié)構(gòu)破壞與否的參量是什么？如何建立破壞（斷裂）判據(jù)？這些問題必須借助于斷裂力學(xué)才能解決。6Fractureisaproblemthatsocietyhasfacedforaslongastherehavebeenman-madestructures.Theproblemmayactuallybeworsetodaythaninpreviouscenturies,becausemorecangowronginourcomplextechnologicalsociety.從人類開始制造結(jié)構(gòu)以來，斷裂就是社會(huì)面對(duì)的一個(gè)問題。事實(shí)上，現(xiàn)在這個(gè)問題比過去一些世紀(jì)更嚴(yán)重，因?yàn)樵谖覀兊膹?fù)雜技術(shù)社會(huì)中會(huì)有更多的錯(cuò)誤出現(xiàn)。7Fortunately,advancesinthefieldoffracturemechanicshavehelpedtooffsetsomeofthepotentialdangers.OurunderstandingofhowmaterialfailandourabilitytopreventsuchfailureshasincreasedconsiderablysinceWorldWarII.Muchremainstobelearned,however,andexistingknowledgeoffracturemechanicsisnotalwaysappliedwhenappropriate.所幸的是，斷裂力學(xué)的發(fā)展幫助我們避免了一些潛在的危險(xiǎn)。我們對(duì)材料如何破壞的理解、避免這類破壞發(fā)生的能力，自二次世界大戰(zhàn)以來已顯著增加。然而，還有許多要研究，已有的斷裂力學(xué)知識(shí)也并未總是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候得到應(yīng)用。85.2裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子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(yīng)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(nèi)的剪應(yīng)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(nèi)的剪應(yīng)力，裂紋面位移沿z方向，裂紋沿z方向撕開。ttxyz1型2型3型9要使裂紋擴(kuò)展，必須>0。即只有拉應(yīng)力才能引起裂紋的張開型擴(kuò)展。工程中最常見的、危害最大的是I型裂紋。討論含有長(zhǎng)為2a的穿透裂紋的無限大平板，二端承受垂直于裂紋面的拉應(yīng)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(xué)方法，可得到裂紋尖端附近任一點(diǎn)(r,)處的正應(yīng)力x、y和剪應(yīng)力xy。10用彈性力學(xué)方法得到裂紋尖端附近任一點(diǎn)(r,)處的正應(yīng)力x、y和剪應(yīng)力xy為：所討論的是平面問題，故有yz=zx=0；對(duì)于平面應(yīng)力狀態(tài)，還有z=0。若為平面應(yīng)變狀態(tài)，則有z=(x+y)。ssxy2adxdyrqsysxtxyssqyar=+221cos[qq232sinsin]tsqqqxyar=22232sincoscosssqxar=-221cos[qq232sinsin](5-1)11斷裂力學(xué)關(guān)心的是裂紋尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)。上式是裂尖應(yīng)力場(chǎng)的主項(xiàng)，還有r0階項(xiàng)等。r0時(shí)，應(yīng)力ij以r-1/2的階次趨于無窮大；其后r0階項(xiàng)等成為次要的，可以不計(jì)。(5-1)式可寫為：spfqijijKr=12()Ka1=sp式中：r，ij趨于零；但顯然可知,當(dāng)=0時(shí)，在x軸上遠(yuǎn)離裂紋處，應(yīng)有y=，且不受r的影響。故此時(shí)應(yīng)以其后的r0階項(xiàng)為主項(xiàng)。ssxy2adxdyrqsysxtxy12K反映了裂尖應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱；足標(biāo)1表示是1型。ij越大，K越大；裂紋尺寸a越大，K越大。K的量綱為[應(yīng)力][長(zhǎng)度]1/2，常用MPa。m裂尖的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1：Ka1=sp

(5-1)式是中心穿透裂紋無窮大板的解。斷裂力學(xué)研究表明，K1可以更一般地寫為：KafaW1=sp(,,...)f(a,W,...)為幾何修正函數(shù)，可查手冊(cè)。特別地，當(dāng)a<<w或a/w0時(shí)，即對(duì)于承受拉伸的無限寬中心裂紋板，f=1；對(duì)于無限寬單邊裂紋板，f=1.12。13Linearelasticfracturemechanics(LEFM)isbasedontheapplicationofthetheoryofelasticitytobodiescontainingcracksordefects.TheassumptionsusedinelasticityarealsoinherentinthetheoryofLEFM:namely,smalldistributionsandgenerallinearitybetweenstressandstrain.線彈性斷裂力學(xué)是彈性理論在含裂紋體中的應(yīng)用。彈性理論所用的假設(shè)同樣保留在線彈性斷裂力學(xué)理論中，即小變形假設(shè)和應(yīng)力-應(yīng)變一般呈線性的假設(shè)。14ThegeneralformoftheLEFMequationsisgivenasfollows:

Asseenasingularityexistssuchthatasr,thedistancefromthecracktip,tendstowardzero,thestressgotoinfinity.spfqijijKr=12()線彈性斷裂力學(xué)方程的一般形式給出如下：可見有奇異性存在，當(dāng)?shù)搅鸭獾木嚯xr趨近于零時(shí)，應(yīng)力趨于無窮大。15Sincematerialsplasticallydeformasyieldstressisexceeded,aplasticzonewillformnearthecracktip.ThebasisofLEFMremainsvalid,though,ifthisregionofplasticityremainssmallinrelationtooveralldimensionsofcrackandcrackedbody.因?yàn)槌^屈服應(yīng)力后材料發(fā)生塑性變形，在裂紋尖端附近將形成塑性區(qū)。然而，如果塑性區(qū)與裂紋和含裂紋體的尺寸相比很小，線彈性斷裂力學(xué)就仍然是正確的。165.3控制斷裂的基本因素作用(、a)越大，抗力(K1C)越低，越可能斷裂。裂紋尺寸和形狀(先決條件)應(yīng)力大小(必要條件)材料的斷裂韌性K1C(材料抗力)含裂紋材料抵抗斷裂能力的度量。斷裂三要素作用抗力

K是低應(yīng)力脆性斷裂（線彈性斷裂）發(fā)生與否的控制參量，斷裂判據(jù)可寫為：KfaWa=(,)Lsp￡Kc117f是裂紋尺寸a和構(gòu)件幾何(如W)的函數(shù)，查手冊(cè)；K1C是斷裂韌性(材料抗斷指標(biāo))，由試驗(yàn)確定。這是進(jìn)行抗斷設(shè)計(jì)的基本控制方程?；騅K1CKfaWa=(,)Lsp￡Kc1斷裂判據(jù)：

K由線彈性分析得到，適用條件是裂尖塑性區(qū)尺寸r遠(yuǎn)小于裂紋尺寸a；即：aKys32512.()sK1C是平面應(yīng)變斷裂韌性，故厚度B應(yīng)滿足：BKys3251c2.()s181)已知、a，算K，選擇材料，保證不發(fā)生斷裂；2)已知a、材料的K1c，確定允許使用的工作應(yīng)力；3)已知、K1c，確定允許存在的最大裂紋尺寸a。一般地說，為了避免斷裂破壞，須要注意：抗斷設(shè)計(jì)：基本方程：KfaWa=(,)Lsp￡Kc1低溫時(shí)，材料K1c降低，注意發(fā)生低溫脆性斷裂。K1c較高的材料，斷裂前ac較大，便于檢查發(fā)現(xiàn)裂紋。當(dāng)缺陷存在時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗斷設(shè)計(jì)計(jì)算?？刂撇牧先毕莺图庸?、制造過程中的損傷。19解：歐1）渠不考商慮缺法陷，剩按傳虜統(tǒng)強(qiáng)具度設(shè)召計(jì)考走慮。選用答二種億材料投時(shí)的哄安全羅系數(shù)逗分別足為：材料獅1：商n1=ys嶄1/=1沿80粥0/秧10未00佛=1們.8材料功2：沙n2=ys定2/=1牢40搞0/殼10炎00陪=1包.4優(yōu)合格2）考慮缺陷，按斷裂設(shè)計(jì)考慮。由于a很小，對(duì)于單邊穿透裂紋應(yīng)有或cKaK1112.1￡=psaKcps12.11￡例1：某構(gòu)件有一長(zhǎng)a=1mm的單邊穿透裂紋，受拉應(yīng)力=1000MPa的作用。試選擇材料。材料1：ys1=1800Mpa，K1C1=50MPa；材料2：ys2=1400Mpa，K1C2=75MPa；mm20選用蒜材料嘉1，晉將發(fā)蘇生低耗應(yīng)力斷脆性黎斷裂堂；選用省材料僻2，夾既滿功足強(qiáng)維度條繼件，我也滿訓(xùn)足抗肆斷要呈求。材料斷裂應(yīng)力為：aKcps12.11￡選用慶材料絞1：1c=5平0/置[1很.1旨2(脾3.食140.私00杯1)1/壤2]=飄79拔6M適Pa伍<選用末材料尤2：2c=7店5/英[1離.1反2(芝3.低140.殺00計(jì)1)1/棵2]=鴿11縮慧95預(yù)MP蛋a動(dòng)>斷裂安全注意雨，a0越小柿，K1C越大這，臨篇界斷厭裂應(yīng)多力c越大續(xù)。因此勢(shì)，提童高K1C，控昨制a0，利亂于防團(tuán)止低侍應(yīng)力腰斷裂張。21壓力容器直徑大，曲率小，可視為承受拉伸應(yīng)力的無限大中心裂紋板，有：或cKaK11￡=ps21)(1spcKa￡解：切由球侄形壓死力容域器膜銀應(yīng)力謙計(jì)算魂公式玻有：=p鵲d/僚4t姻=54/列(40.撒01兵)=輝50讓0M侍Pa例2：球形壓力容器d=5m，承受內(nèi)壓p=4MPa，厚度t=10mm，有一長(zhǎng)2a的穿透裂紋。已知材料K1C=80MPa。求臨界裂紋尺寸ac。m22在發(fā)生斷裂的臨界狀態(tài)下有：

故得到：

ac=(1/3.14)(80/500)2=0.0081m=8.1mm21)(1spcKa=c；立=p鉆d/首4t若內(nèi)壓不變，容器直徑d，，ac，抗斷裂能力越差。內(nèi)壓p，則，臨界裂紋尺寸ac；材料的K1C，臨界裂紋尺寸ac；可知：23低應(yīng)仿力斷揮裂：裹在靜扒強(qiáng)度績(jī)足夠爽的情膜況下赴發(fā)生奴的斷上裂。剩余勻強(qiáng)度戲:講受室裂紋堪影響巖降低檢后的主強(qiáng)度防。工程樂中最章常見硬的、跡危害財(cái)最大脊的是蚊I懶(張開識(shí))型復(fù)裂紋坑。用彈瀉性力塵學(xué)方股法可遭以得到睡裂紋度尖端眼附近意任一顆點(diǎn)(鋸r,)處攀的正淚應(yīng)力x、y和剪閣應(yīng)力xy為：spfqijijKr=12()Ka1=sp式中：本章基本概念應(yīng)力強(qiáng)度因子K反映了裂尖應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱；K的量綱為[應(yīng)力][長(zhǎng)度]1/2，常用MPa。m24裂尖的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1可以更一般地寫為：KafaW1=sp(,,...)對(duì)于傲承受勻拉伸天的無勝限寬接中心遮裂紋彎板，械f=戲1；對(duì)于誤無限伴寬單哨邊裂臉紋板榨，辦f輕=1繼.1邀2。裂紋尺寸和形狀作用應(yīng)力材料斷裂韌性K1C斷裂三要素或KK1CKfaWa=(,)Lsp￡Kc1斷裂銹判據(jù)姓：抗力作用25Wh蠶en贏d數(shù)es溉ig度ni隆ng菜a叼s枕tr食uc拿tu水re末a票ga則in繡st澡f賓ra奶ct奸ur停e,私t糞he駐re衣a吼re差t垃hr浸ee竿c川ri牙ti年ca謹(jǐn)l溉va尸ri叫ab每le給s脾th榜at健m箏us里t鬧be初c企on漁si踢de近re諒d:將a財(cái)pp樹li剃ed縱s優(yōu)tr耐es悄s,坐f兩la乖w姓si裕ze促,柴an鋸d伏th蓄e死fr烈ac悉tu市re溝t辛ou包gh城ne逗ss瓦o矮f史ma惹te牧ri飾al腔.種Fr惹ac萄tu貨re逆m搬ec俯ha緊ni補(bǔ)cs配p晝r(jià)o迅vi醒de渠s幅a潑ma凡th辭em奧at懇ic熊al學(xué)r膝el次at細(xì)io雹ns趕hi織p摟be米tw柳ee虧n水th習(xí)es上e集qu論an棋ti茅ti序es融.樸A鏈kn救ow貓le塞dg輕e褲of克t顯wo石q腿ua誤nt售it罪ie且s稀is蝕r熊eq燙ui沃re宅d禽to民c在om既pu伐te瞞t望he鞠t坑hi芳rd眉.在結(jié)孤構(gòu)抗吼斷設(shè)公計(jì)時(shí)粘，必逆須考足慮三脅個(gè)關(guān)撕鍵因絨素：幸作用獸應(yīng)力病、缺訪陷尺睜寸和驕材料螞的斷訪裂韌開性。數(shù)斷裂鋸力學(xué)型給出危了這從些量世間的散數(shù)學(xué)激關(guān)系餡。要鋼計(jì)算登第三宴個(gè)量即，需臭要知獵道另瓶外二京者。26Th鹿e在fr機(jī)ac躁tu盜re貞d矮es發(fā)ig慕n探me爐th頂od究ol球og撈y船sh對(duì)ou頌ld約b刷e少ba乘se彼d獎(jiǎng)on右t藍(lán)he悟a禍va謀il扶ab望le君d勁at襪e,份s廉uc蹦h璃as鵝m肌at校er角ia放l市pr逝op事er彈ti慕es錫,俘en疼vi交ro廣nm旬en廢t,耳a寇nd租t蜘he跳l哈oa過di咐ng啦o撞n寫th尸e航st庭ru弱ct猛ur紀(jì)e.傅I日fK1Cda霉te廈a備re輪a好va惠il黑ab店le辱a值nd于t安he蝕d申es盒ig忠n楚st競(jìng)re陜ss悉i劑s齊lo長(zhǎng)w,艘L嶺EF釋M靠ma孫y線be霞a節(jié)pp酸ro售pr陶ia謠te裙.斷裂較設(shè)計(jì)同方法睛應(yīng)當(dāng)雜以可補(bǔ)用數(shù)臣據(jù)為潛基礎(chǔ)型，如古材料印性能妖、使析用環(huán)有境及產(chǎn)作用淋于結(jié)翅構(gòu)的乞載荷旁。如昨果有K1C數(shù)據(jù)掀可用變且設(shè)耍計(jì)應(yīng)籃力低察，用煌線彈海性斷敢裂力栗學(xué)是僅恰當(dāng)鵲的。27習(xí)題塔：5鋼-1剛，5洗-7再等見第一濫次課遠(yuǎn)完重請(qǐng)繼進(jìn)續(xù)第脆二次回課返回腫主目誰錄28第五泡章永斷裂怒失效瀉與斷演裂控云制設(shè)號(hào)計(jì)5.滿1爛結(jié)構(gòu)奇中的馳裂紋5.配2倉(cāng)裂紋魯尖端隸的應(yīng)白力強(qiáng)隊(duì)度因墓子5.痰3沒控制遼斷裂億的基冶本因傭素5.協(xié)4嚼材料觀的斷要裂韌青性候K1c5.閥5襲斷裂疏控制泡設(shè)計(jì)返回理主目匙錄29

KfaWa=(,)Lsp￡Kc1斷裂判據(jù)：抗力作用作用愧K=f(s,a,深..穿.)祥由欠力學(xué)惕分析害得到賺；彈性預(yù)力學(xué)棕方法餓，有芝限元喂法，倦手冊(cè)節(jié)等?？沽1C由材鏟料斷成裂實(shí)編驗(yàn)獲駐得；按標(biāo)漏準(zhǔn)試逐驗(yàn)方用法訊(憤如G鬧B4傻16向1-絞84概)蔽。305.敢4拉材料制的斷馬裂韌績(jī)性爸K1cL=4WWaP三點(diǎn)彎曲（B=W/2）1）惜標(biāo)準(zhǔn)俱試件(舌GB吉41盛61講-8尚4錦)應(yīng)力強(qiáng)度因子：])(7.38)(6.37)(8.21)(6.4)(9.2[2/92/72/52/32/12/3WaWaWaWaWaBWPLK+-+-=2孔f0.25WPPaW1.25W1.2W0.55W緊湊拉伸（B=W/2）裂紋狼預(yù)制栗:電愧火花未切割晌一切綠口，聲使用巖鉬絲鎮(zhèn)直徑狂約0.賞1m受m。宗用?？p勞載斧荷預(yù)抽制裂粱紋，核應(yīng)使Da1.銹5m茫m。疲勞低載荷休越小敏，裂填紋越皆尖銳嚼，所巧需時(shí)暑間越柱長(zhǎng)。渣為保攻證裂例紋足唐夠尖挺銳，涼要求窗循環(huán)鋪載荷拴中Kma樣x<(原2/陣3)感K1c。31X-Y記錄儀PV2）樂試驗(yàn)移裝置監(jiān)測(cè)旬載荷P、裂紋研張開旱位移V，得到試驗(yàn)P-佩V曲線惰，確銜定裂炒紋開記始擴(kuò)芝展時(shí)作的載笨荷PQ和裂冰紋尺府寸a，代入醋應(yīng)力黨強(qiáng)度撈因子揚(yáng)表達(dá)集式，務(wù)即可故確定Kc。PP試件試驗(yàn)機(jī)放大器力傳感器輸出P引伸計(jì)輸出V323)窯PQ的確統(tǒng)定：若在澡P5前無潑載荷填大于豪P5，鬼則裁取迷PQ=P5；若在見P5前有攪載荷雞大于滅P5，歐則訪取該點(diǎn)載荷祖為老PQ。作比汁P-決V線歲性部傳分斜聞率小袍5%痛的直迅線，略交P渣-V匠于P5。PmaxP0VP500P5PmaxPQ=PmaxPmaxPQPQ=P5P5試驗(yàn)?zāi)劣行ё臈l件Pma糾x/叢PQ<1共.133預(yù)制瘡裂紋猶的前同緣一亮般呈豬弧形撥，故疑實(shí)際她裂紋宵尺寸剪應(yīng)打圣開試窗件斷展口后妙測(cè)量譜值確修定。四等壯分厚燦度，用工屈具顯憶微鏡量取毫五個(gè)炎處裂支紋尺筑寸，杯取a=(a2+a3+a4)/商3構(gòu);4)咬裂租紋尺靠寸a的確壺定：BWa1a2a3a4a5為保龜證裂傅紋的撓平直筋度，敵還要芳求滿典足：[a-(a1+a5)/密2]0.搬1a34討論晃：厚鬼度的振影響實(shí)驗(yàn)關(guān)表明患，材紐奉料斷具裂時(shí)遇應(yīng)力寶強(qiáng)度考因子猛Kc與試生件的束厚度娛B有至關(guān)。KK1cBKc

平面應(yīng)變區(qū)平面釣應(yīng)變百：厚沙度足外夠大凍時(shí)，辭沿厚灰度方探向的倆變形臥被約專束在襖垂直謠于厚選度方晴向的咬平面吧內(nèi)，其可以籌不計(jì)認(rèn)。厚度B，Kc；B>2.5(K1c/sys)2后，

Kc最小，平面應(yīng)變斷裂韌性K1c。K1c是材能料的籍平面緩應(yīng)變島斷裂患韌性廉，是吵材料秋參數(shù)唉；Kc是材次料在護(hù)某給憶定厚攻度下手的臨屆界斷悟裂值銜。35平面睬應(yīng)變?nèi)楹穸让滓箴挘阂uB黃>毛2.短5(K1c/sys)2預(yù)制扁裂紋聯(lián)尺寸害：Da>1味.5剪mm遠(yuǎn)；0.附45軟W<a0+Da<0混.5途5W預(yù)制群裂紋鴨時(shí)的堡疲勞榆載荷建：Kma撥x<奧(2凝/3辣)K1c。匯總：爺試驗(yàn)榴有效藥性條看件與但尺寸梅要求(國(guó)雷標(biāo)G倆B4扎16佩1-陰84蓋)斷裂生載荷皮有效誕性：Pma孕x/踢PQ<1乳.1峰;裂紋姻平直濤度有廟效性朵：級(jí)[a-(a1+a5)/狼2)跟]/a<1歲0%K1c與溫奏度有獸關(guān)。慢溫度管越低呢，K1c越小鞭，材早料越閣易發(fā)滋生斷易裂。畢應(yīng)特享別注會(huì)意低針溫脆梨斷的薯發(fā)生序。36GB歉/T風(fēng)4秀16安1-獎(jiǎng)19這84金屬雙材料喉平面饑應(yīng)變蝴斷裂運(yùn)韌度尸K1c試驗(yàn)午方法AS黨TM暗E7男40傳-8杜8(雞19返95爆)e規(guī)1St婦an猛da顛rd市P歷ra島ct醫(yī)ic泡e午fo倉(cāng)r雁Fr怕ac敲tu劣re呈T濃es液ti煎ng濱w卻it胖hSu雷rf蛙ac次e-姓Cr昂ac斃k柿Te虎ns腰io安n指Sp尤ec阿im撈en杰s用表調(diào)面裂辭紋拉售伸試抗樣進(jìn)巨行斷燭裂試抬驗(yàn)GB室/T傅7么73晚2-蘋19僻87金屬柳板材捏表面輪裂紋悅斷裂撫韌度值K1c試驗(yàn)矮方法相關(guān)隊(duì)試驗(yàn)央標(biāo)準(zhǔn)足：AS向TM高E3恰99然-9恩0e梯1St乓an果da廉rd跨T擁es像t嗎Me卡th瘦od尚f裝or看P爆la虜ne裝-S友tr徐ai恐nFr覺ac摸tu寬re園T下ou逐gh俘ne貼ss注o尺f監(jiān)Me逝ta章ll棉ic釋M盼at古er趨ia買ls金屬似材料柳平面松應(yīng)變菜斷裂婦韌性屋KIC標(biāo)準(zhǔn)交試驗(yàn)銀方法AS憤TM某E1桶30睡4-兵97St余an膜da冷rd臭T柿es廊t鋼Me姑th瘋od誘f尊or乳P鵲la畢ne泳-S制tr告ai擁n奴(C派he啟vr羞on感-No倍tc末h)扯F肯ra羅ct題ur瓶e慰To債ug筆hn綢es節(jié)s刻of穩(wěn)M善et鋤al始li央c嘴Ma綠te培ri兆al從s金屬榮材料習(xí)平面姐應(yīng)變達(dá)(V冠型切偏口)筆斷裂蝦韌度邁的測(cè)打試方孝法AS魔TM障E6默04邁-8修3(榨19事94莖)St產(chǎn)an伐da碧rd啊T必es頑t貞Me悄th稀od投f敲or氏D陣yn傲am客ic秤T暖ea苗r協(xié)Te愈st根in桶g懂of業(yè)M另et苗al斧li競(jìng)c玻Ma份te縣ri花al途s金屬養(yǎng)材料刮動(dòng)態(tài)像斷裂蓬試驗(yàn)冷方法37例1勉.念用B愁=3齒0m牧m的吧標(biāo)準(zhǔn)左三點(diǎn)揮彎曲販試件索測(cè)斷岡裂韌孕性，線切棍割尺虜寸為a’=息30慰mm僅。試汁驗(yàn)測(cè)將得倦PQ=5奮6k冰N,Pma偷x=6仗0.族5k拌N；的裂紋奮尺寸丹測(cè)量訴結(jié)果敢為3工1.途8m感m,31熄.9衡mm碧,質(zhì)32句.1厘5m轟m,若3表1.燭95燈mm黎,畫31種.9戚mm戲；若福已知材們料的0.蕩2=9腫05姨MP尺a,汁試懸確定究其K1c。解：蝕裂睛紋長(zhǎng)糞度為蓋：a=(a2+a3+a4)/太3=室32堅(jiān)mm對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣，有：])(57.14)(18.14)(20.8)(735.1090.1[)(432WaWaWaWaWaf+-+-=)(2321WafaBWPLKp=(W=2B，L=4W)38將a/W胡=3燈2/微60酒=0名.5飯33斑，PQ=56殖kN族代毫入，號(hào)算得怪：KQ=9亦0.它5濱MP該a有效故性檢若驗(yàn)：厚度束要求肆：我2.瓣5(乒KQ/0.寧2)2=2環(huán).5考(9煤0.蜜5/發(fā)90漢5)2=0苗.0柿25烏mB=若30糠mm菊>謠2.殖5(K1c/sys)2=2訊5遭mmPQ的有效涉性：Pma就x/PQ=6陜0.握5/岸56喊=1挖.0受81.謙1裂紋應(yīng)尺寸檔要求：Da=32齒-3嬌0=櫻2m魚m>淡1.墓5m職m；0.傘45懇<a/帆W=0.緞53晚3<墾0.跨55裂紋控平直棋度要做求：涌[a-(a1+a5)/閑2]鍛=0最.1船50.針1a=3.當(dāng)2滿足有效性條件，故K1c=KQ=90.5MPa。m39基本方程：KfaWa=(,)Lsp￡Kc15.膚5撓斷裂允控制短設(shè)計(jì)As雕th是e雹s慎tr蹦es估s問i種nt慕en熄si血ty素fa問ct打or餅re密ac換he雕s刷a幸c伸ri擱ti蟻ca么l飾va枯lu褲e肯KC,烤u細(xì)ns慣ta減bl喪e掩f樣ra堅(jiān)ct揮ur察e另o懼cc或ur獎(jiǎng)s.縮慧T激hi懸s坊cr炕it仿ic喊al艱v商al必ue廈o勇f爸s擺tr堤es分s從i蕉nt繪en粒si蘆ty葉f永ac撇to窄r叢i無s迅k幣no丙wn吉as縣t疤he壤f破ra駛ct亞ur鳳e析to丈ug頁(yè)hn投es菊s羞o熊f葵t尾he貓m削at券er煎ia夸l.講T慮he沒f感ra睡ct賞ur壘e駁to至ug啊hn股es被s螺ca神n手be肢c佛on枕si酸de警re筆d賀th鉆e個(gè)li脹mi耐ti顏ng罪v輝al究ue盤o唐f各st藏re六ss裳i略nt悉en綁si直ty種ju支st榆a剃s尊t廳he燙yi放el淹d摘s皆tr百es嘩s粱mi瘋gh餓t糠be庫(kù)c咽on注si饞de絹re亭d隙th置e液li科mi土ti秋ng對(duì)v預(yù)al恰ue敬o速f泉ap辱pl菜ie歸d亦st詠re銷ss栽.應(yīng)力爭(zhēng)強(qiáng)度枝因子焦到達(dá)謎某臨宜界值撈KC，失潔穩(wěn)斷籍裂發(fā)欺生。規(guī)這一混應(yīng)力程強(qiáng)度裙因子流的臨蟻界值夸被稱浪為材棍料的臣斷裂阻韌性繩。斷賓裂韌籍性是級(jí)應(yīng)力食強(qiáng)度仰因子孫的極趨限值平，就悔象屈質(zhì)服應(yīng)呼力是估作用隆應(yīng)力獅的極職限值狂一樣妙。40Th撓e難f站ra狹ct腿ur斗e敬t怖ou厭gh損ne富ss仇va數(shù)ri蒸es華wi玻th襖sp展ec衡im綱en暑t碑hi貢ck促ne吵ss蠅un擱ti及l(fā)虹l塔im頂it爆in瓜g勉c桑on位di淹ti從on諷s白(個(gè)ma繭xi坊mu撇m往co柿ns父tr奧ai鹿nt騾)蒙a毫re樂re詠ac倡he捆d.研Re吐ca住ll潛t辛ha提t(yī)辣ma敗xi財(cái)mu謙m增co肥ns州tr滿ai菌nt俘co雖nd簡(jiǎn)it尾io態(tài)ns料oc陳cu扣r硬i蜂n醋th飲e濁pl福an速e濾st館ra躲in寧s蛙ta晃te植.聲If毯t旱he將s搖pe悅ci洞me狹n燙th衰ic游kn釘es巖s告sa違ti予sf飲y舞th優(yōu)e云pl啞an仙e撥st復(fù)ra炕in柱re朗qu騾ir扮em保en叮ts務(wù),仔Th符e私r業(yè)es辦ul童te殖d畜f哥ra冷ct殼ur坦e持to應(yīng)ug語(yǔ)hn杯es菜s展i透s劉t競(jìng)he恐n縱n匠am咳ed漁p奴la盲ne顫s哥tr災(zāi)ai任n嬌fr商ac仿tu閱re嚷t在ou虧gh擠ne死ss餃,玻wr迅it碎in個(gè)g認(rèn)as揚(yáng)K1c.斷裂傅韌性忙在到賣達(dá)極旅限條棄件（蠅約束用最大螞）前乏是隨福試件川厚度柿變化考的。違最大鄙約束地條件弱在平豬面應(yīng)嗓變狀漏態(tài)出葉現(xiàn)。備若試檢件厚找度滿賴足平第面應(yīng)新變要嬸求，鉤所得狀到的糟斷裂猾韌性疲才是從平面想應(yīng)變祝斷裂鳥韌性納，記亭作K1c。411)元已肢知、a，算K，選須擇材窄料，磚保證明不發(fā)狹生斷纖裂；基本對(duì)方程皮：KfaWa=(,)Lsp￡Kc12)躁已息知a、材員料的K1c，確么定允竿許使竹用的挺工作薄應(yīng)力；3)鉆已軋知、K1c，確譜定允困許存學(xué)在的巖最大協(xié)裂紋溫尺寸a。臨界情況：KfaWa=(,)Lsp=Kc1cc5.唐5旁斷裂公控制劇設(shè)計(jì)42若B逗尺寸階足夠鈴，則名上述盒值即仙為材蓬料的匠斷裂房誠(chéng)韌性K1c。例2稼.鐮W=診20沃0m括m的膨鋁合緞金厚裕板，宗含有覺2a=8嚼0m品m的譜中心裂磁紋,越若郵實(shí)驗(yàn)?zāi)緶y(cè)得航此板五在=1汪00翼Mp擠a時(shí)耕發(fā)生宣斷裂，網(wǎng)試計(jì)童算該婆材料代的斷繡裂韌游性。解：由表5-1可知，對(duì)于中心裂紋板有：；)(1xpsFaK=)2/sec()(pxx=F對(duì)于本題，=2a/w=0.4；故斷裂時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子為：=100(0.04)1/2[(sec(0.2)]1/2=39.4MPa；)(1xpsFaK=m43例3狡.葵用上序例中甩的鋁符合金馳材料喬，制周作厚圍度B屆=5津0m溜m的標(biāo)宇準(zhǔn)三丟點(diǎn)彎滔曲試寒樣，肯若裂仔紋長(zhǎng)困度a=5夫3m荷m,試估們計(jì)試今件發(fā)貨生斷遭裂時(shí)玩所需瓦的載頑荷。解：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣，有：])(57.14)(18.14)(20.8)(735.1090.1[)(432WaWaWaWaWaf+-+-=)(2321WafaBWPLKp=(W=2B，L=4W)對(duì)于榨本題儲(chǔ)，a/W孔=5戰(zhàn)3/爪10走0=享0.面53所,代入碎后算甘得修棍正函跨數(shù)值援為：灣f(a/W頃)=貿(mào)1.莊51萌2444發(fā)生旁斷裂廟時(shí)應(yīng)瀉有：她K1=K1C，即蠻：CKWafaBWPLK121)(23==p

=53200(N)=53.2(KN))(3212WafaLKBWPCp=5124.1)053.0(4.03104.391.005.022/162p=由上例知該材料K1C=39.4MPa；故有：m45解：應(yīng)用線性疊加原理，圖示載荷的作用等于拉伸與純彎曲二種情況的疊加，故裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K可表達(dá)為：KKK￠￠+￠=PPPPMM=Pe、分別是拉伸、彎曲載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子。KK￠￠￠例4：邊裂紋板條受力如圖，P為單位厚度上作用的力。已知W=25mm，a=5mm，e=10mm，材料ys=600Mpa，K1C=60MPa。試估計(jì)斷裂時(shí)臨界載荷Pc。mWaePP46即有：)05.1(6Pe2/Wap=K￠￠對(duì)于姜邊裂納紋有葉限寬子板，量拉伸霜、彎揮曲載當(dāng)荷作案用下當(dāng)?shù)膽?yīng)疲力強(qiáng)副度因謝子查遵表可撲知分怨別為黎：拉伸：t=P/W；=0.2；=1.37Wa/=x43239.3072.2155.10231.012.1)(xxxxx+-+-=F);(xpsFa=K￠t即有：WaP/37.1p=K￠彎曲：b=6Pe/W2；=0.2；=1.05);(xpsFa=K￠b￠Wa/=x4320.1408.1333.740.1122.1)(xxxxx+-+-=FKKK=￠￠+￠=WeWaP)/3.637.1)(/(+p得到：47發(fā)生斷裂時(shí)的臨界狀態(tài)下應(yīng)有：ccKWeWaP1)/3.637.1)(/(=+pK=代入已知數(shù)據(jù)并注意統(tǒng)一單位，得到：

=3.07MN)0.025/01.03.637.1(005.014.3025.060)/3.637.1(1+=+=WeaWKPccp注意創(chuàng):上述盒結(jié)果公是在尊線彈獻(xiàn)性假袋設(shè)下絞得到鈔的。言本題效臨界情狀態(tài)忽時(shí):t=P魚/W遭=1罩23辣MP幟a，b=6序Pe質(zhì)/W2=t(6可/2逆5)平，二者候疊加拐后也濾不過ys的3薦0%綢，故鍋結(jié)果溫是可蚊信的甘。48低應(yīng)框力斷朋裂：解在靜黎強(qiáng)度盜足夠倉(cāng)的情潤(rùn)況下漂發(fā)生雜的斷架裂。剩余骨強(qiáng)度姓:政受只裂紋骨影響傾降低少后的宮強(qiáng)度歇。工程澡中最績(jī)常見咳的、幸危害何最大勇的是埋I緣瑞(張開寬)型尖裂紋導(dǎo)。用彈飾性力胳學(xué)方牽法可巴以得到下裂紋胃尖端鎖附近射任一蹈點(diǎn)(晚r,)處斬的應(yīng)笛力場(chǎng)陳：spfqijijKr=12()Ka1=sp式中：小結(jié)應(yīng)力強(qiáng)度因子K反映了裂尖應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱；K的量綱為[應(yīng)力][長(zhǎng)度]1/2，常用MPa。m49裂尖的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1可以更一般地寫為：KafaW1=sp(,,...)對(duì)于肚承受坑拉伸敢的無圍限寬反中心過裂紋白板，拐f=辨1；對(duì)于勿無限漆寬單惹邊裂吵紋板盯，瓦f讀=1液.1隙2。裂紋尺寸和形狀作用應(yīng)力材料斷裂韌性K1C斷裂三要素或KK1CKfaWa=(,)Lsp￡Kc1斷裂乘判據(jù)炸：抗力作用50抗斷梯裂設(shè)楚計(jì)基疫本認(rèn)新識(shí)：低溫時(shí)，材料K1c降低，注意發(fā)生低溫脆性斷裂。裂紋美尺寸a與應(yīng)佳力強(qiáng)路度因罵子K排的平羽方成米正比由，故肚斷裂筆韌性K1c增大貍一倍迅，斷西裂時(shí)箱的臨悶界裂宵紋尺鄙寸將糧增大傍到四強(qiáng)倍?？刂撇牧先毕莺图庸?、制造過程中的損傷。當(dāng)缺陷存在時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗斷設(shè)計(jì)計(jì)算。K1c較高的材料，斷裂前ac較大，便于檢查發(fā)現(xiàn)裂紋。51有待毛討論包的二商個(gè)問夕題：1.衛(wèi)表娘面裂輔紋的旦應(yīng)力邁強(qiáng)度座因子仔：多為表面裂紋t2Wa2c工程襲中的裂竟紋加工缺陷疲勞萌生表面均裂紋誘是三鄙維問溪題，任其應(yīng)進(jìn)力強(qiáng)懲度因律子的扔計(jì)算曬，比平很面二宏維問洪題復(fù)宜雜得秘多。但對(duì)住于斷宜裂分撲析、疫疲勞忘裂紋樹擴(kuò)展稈壽命憶估計(jì)堅(jiān)有著庭十分重喜要實(shí)夢(mèng)際意送義。鍛將在犁第七心章討夫論。52用彈用性力固學(xué)方拔法得到挖裂紋從尖端地附近渾任一診點(diǎn)(語(yǔ)r,)處遮的正態(tài)應(yīng)力x、y和剪出應(yīng)力xy為：ssxy2adxdyrqsysxtxy2.求裂紋汁尖端坦材料存的屈斷服-瘡彈塑賢性斷協(xié)裂的遞問題報(bào)：ssqyar=+221cos[qq232sinsin]tsqqqxyar=22232sincoscosssqxar=-221cos[qq232sinsin](5-1)在裂紋線上，=0，，裂尖材料屈服。ssyar=2rpaxyysABDoHK53As湯i架s炕we倦ll或-k干no邪wn巴,航ma刑te忘ri純al六s嶄de階ve顛lo握p灑pl棄as揭ti謙c專st技ra呈in酒s賭as磨t成he扎y度ie礦ld洞s檢tr筍es怠s次is卸e獲xc區(qū)ee鋪de救d儀in桃t摟he最r負(fù)eg稠io就n刃ne匠ar忠t些he謀c螺ra偵ck自t壟ip仰.懂T洽he天am虧ou岡nt記of斯p情la秤st毒ic竹de習(xí)fo炭rm迅at待io昨n布i謀s持r毒es擠tr螞ic酷t(yī)e則d動(dòng)b躲y延t鞭he散s躍ur縣ro京un湖di坡ng