疲劳断裂CAI3.ppt

1,20世纪50年代，美国北极星导弹固体燃料发动机壳体发射时断裂。材料为高强度钢，屈服强度s=1400MPa，工作应力900MPa。,1965年12月，英国JohnThompson公司制造的大型氨合成塔在水压试验时断裂成二段，碎块最重达2吨。断裂起源于焊缝裂纹，发生断裂时的试验应力仅为材料屈服应力的48%。,一、结构中的裂纹,按静强度设计，控制工作应力。但在时，结构发生破坏的事例并不鲜见。,2,低应力断裂：在静强度足够的情况下发生的断裂。,低应力断裂是由裂纹引起的。,讨论张开型(I型)裂纹，最常见、最严重。二维裂纹，-穿透厚度裂纹，最简单。,3,二、断裂控制参量和断裂判据,作用(、a)越大，抗力(K1C)越低，越可能断裂。,抗力,断裂控制参量：应力强度因子K,4,这是进行抗断设计的基本控制方程。,断裂判据：,K1C是材料断裂韧性(抗断指标)，试验确定。,5,三、材料的平面应变断裂韧性K1c,1）标准试件(GB4161-84),应力强度因子：,6,2）试验装置,监测载荷F、裂纹张开位移V，得到试验F-V曲线，确定裂纹开始扩展时的载荷FQ和裂纹尺寸a，代入应力强度因子表达式，即可确定K1C。,7,3)FQ的确定：,若在F5前无载荷大于F5，则取FQ=F5；若在F5前有载荷大于F5，则取该载荷为FQ。,作比F-V线性部分斜率小5%的直线，交F-V于F5。,试验有效条件Fmax/FQ2.5(K1c/sys)2预制裂纹尺寸：Da1.5mm；0.45Wa0+Da0.55W预制裂纹时的疲劳载荷：Kmax(2/3)K1c。,试验有效性条件与尺寸要求汇总:(国标GB4161-84),断裂载荷有效性：Fmax/FQ1.1;裂纹平直度有效性：a-(a1+a5)/2)/a2.5(K1c/sys)2=25mm,Fmax/FQ=60.5/56=1.081.1,12,已知、a，算K，选择材料，保证不发生断裂；,一般地说，为了避免断裂破坏，须要注意：,2)已知a、材料的K1c，确定允许使用的工作应力；,3)已知、K1c，确定允许存在的最大裂纹尺寸a。,13,1)已知、a，算K，选择材料，保证不发生断裂；,断裂判据：,2)已知a、材料的K1C，确定允许使用的工作应力；,3)已知、K1C，确定允许存在的最大裂纹尺寸a。,四、断裂控制设计的基本概念,抗断裂设计计算：,稳定判据：FFcr,14,解：1）不考虑缺陷，按传统强度设计考虑。选用二种材料时的安全系数分别为：材料1：n1=ys1/=1800/1000=1.8材料2：n2=ys2/=1400/1000=1.4,2）考虑缺陷，按断裂设计考虑。由于a很小，对于单边穿透裂纹应有:或,15,选用材料1，将发生低应力脆性断裂；选用材料2，既满足强度条件，也满足抗断要求。,选用材料1：1c=50/1.12(3.140.001)1/2=796MPa,注意，a0越小，K1C越大，临界断裂应力c越大。因此，提高K1C，控制a0，利于防止低应力断裂。,16,压力容器直径大，曲率小，可视为承受拉伸应力的无限大中心裂纹板，f=1。,解：由球形压力容器膜应力计算公式有：=pd/4t=54/(40.01)=500MPa,17,在发生断裂的临界状态下有：,；=pd/4t,得到：ac=(1/3.14)(80/500)2=0.0081m=8.1mm,18,裂纹在静强度足够的情况下可引起断裂。工程中最常见的、危害最大的是I(张开)型裂纹。,作用,抗力,中心裂纹宽板，f=1；单边裂纹宽板，f=1.12。,19,抗断裂设计基本认识：,裂纹尺寸a与