力学专业英语翻译 38 课.docx

线弹性断裂力学不像几乎都是以脆性方式失效的玻璃和陶瓷，金属通常被认为是韧性的。事实上，几乎所有的金属都可以在室温下塑性变形。然而，有些金属，特别是那些有着很高塑性屈服应力的金属，当它们包含有裂纹，例如凹槽，缝隙或者其它造成应力集中的的部分，在不经历全面屈服的情况下可以发生断裂。由于只有出现宏观的裂纹才可以观察材料的脆性行为，在这些例子中谈论脆性材料是不恰当的。更准确的是谈论有着有限延展性的材料做成的脆性结构。近年来，高强度合金得到了越来越多的广泛应用。因为 制造工艺经常是不完美的，许多由这些材料制造的结构包含有裂纹状的缺陷。结果就是，在塑性屈服前的断裂成为越来越常见的失效形式。在这些情况下，当使用高强度材料时，唯一基于塑性变形阻力的设计经常是不适当的。所以，有一个能够预测包含裂纹结构或者已知几何形状的裂纹的断裂载荷，或者能够预测在给定荷载下的最大可容忍的裂纹尺寸，的针对金属的理论是很重要的。断裂强度与它包含的裂纹尺寸有关的学科叫做断裂力学。发展金属断裂理论的出发点似乎是Griffith理论，这个理论对玻璃和其它脆性材料例如陶瓷是很实用的。然而，这个理论似乎只能应用于在断裂过程中没有经历塑性变形的材料。Griffith做了一个假设，在断裂造成一个自由表面过程中做的功，没有考虑塑性变形消耗的能量。很好得出结论，即便是金属中最脆性的断裂也伴随有在裂纹尖端小区域内相当大的塑性变形。所以，很清楚用于证明Griffith理论的论据不能够很容易的扩展应用到金属结构的脆性断裂。代替Griffith理论依据的物理论据，有个可供选择的论据可被用于判定存在有限量塑性变形下的断裂准则。这个选择的发展介绍了应力集中系数的概念，这个概念是在平面应变条件下在无限大弹性体上在裂纹尖端处弹性应力分布。这里的处理仅仅关注承载有垂直于裂纹拉力的裂纹。这就是所谓的加载模式I.还有另外的两个加载模式，是剪切于垂直于裂纹前缘的裂纹面，叫做模式II，和剪切于平行于裂纹前缘的裂纹面，叫做模式III.对于拉力加载下的例子，模式I，裂纹间断处的弹性应力分布是 11=K12rcos21-sin2sin32 1a 11=K12rcos21+sin2sin32 1b 11=K12rsin2 cos2cos32 1c 在无限大体内，K1=c,叫做应力集中系数。参数是施加在垂直于裂纹且远离裂纹的拉应力，c是裂纹半长度。这个求解只在r远小于裂纹长度c的区域有效。应力集中系数是包含有施加的载荷，物体的几何形状和这个例子中的裂纹长度c这些信息的参数。由于分布在尖裂纹周围的应力是由1r裂纹尖端奇点决定的，应力集中系数完全描述了弹性体裂纹尖端处的局部应力分布。任何给出同样的K1的应力和裂纹长度c的组合将会在裂纹尖端附近给出同样的应力分布。即便远离裂纹的应力是不同的。由于断裂过程仅仅依赖于在或挨着裂纹尖端的局部应力，弹性体的断裂准则应该表述为 K1=K1c 2在断裂处，K1c是临界应力集中系数。临界应力集中系数是材料常数，理论上是从断裂过程的微观角度得到的。应力集中系数可以概括在不同于无限大体的裂纹，例如在半无限大体上裂纹变异和有限体的裂纹。由于裂纹尖端自身引起的奇点1r决定裂纹尖端附近的应力分布，在其它几何条件下的应力分布也可以用给出的方程式1加上另外的条件形式来表述，当r足够小时，另外的条件对于1r是可以忽略的。所以，每一个几何条件都是与由应力集中系数K