复习1脆性断裂

1、IIW Authorized Training Body 3/3.10-11断裂力学断裂力学 3/3.12-13断裂力学断裂力学 3/3.14-15动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计 3/3.16动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计 3/3.17动载焊接结构的设计动载焊接结构的设计断裂力学与动载焊接结构设计IIW Authorized Training Body断裂力学 主要内容主要内容 疲劳和脆性断裂疲劳和脆性断裂 线弹性断裂力学线弹性断裂力学 断裂力学的应用断裂力学的应用 疲劳强度的基本概念疲劳强度的基本概念 影响焊接接头疲劳强度的因素影响焊接接头疲劳强度的因素 提高焊接结构疲劳强度的措

2、施提高焊接结构疲劳强度的措施IIW Authorized Training Body1.2结构脆性断裂的特点及断口特征结构脆性断裂的特点及断口特征 1.2.1 脆性断裂的特点脆性断裂的特点 名义工作应力低名义工作应力低: 只有材料的只有材料的1/31/10，甚至外载荷等于零。甚至外载荷等于零。 断裂之前无明显塑性变形，无征兆，突发断裂之前无明显塑性变形，无征兆，突发断裂，速度快。断裂，速度快。 低应力脆性破坏多发生在低温阴冷的时刻。低应力脆性破坏多发生在低温阴冷的时刻。IIW Authorized Training Body1.2.1 脆性断裂的特点脆性断裂的特点 发生低应力脆性断裂的结构内，

3、多半存在发生低应力脆性断裂的结构内，多半存在着较大的着较大的内应力内应力，有较高的内能。，有较高的内能。 发生低应力脆性断裂的结构上，必有发生低应力脆性断裂的结构上，必有裂源裂源或应力集中或应力集中点存在。脆性断裂对缺陷和应力集点存在。脆性断裂对缺陷和应力集中很敏感。中很敏感。前三个特点，让人猝不及防，容易造成严重前三个特点，让人猝不及防，容易造成严重危害危害;后两个特点，反映了低应力脆性断裂的后两个特点，反映了低应力脆性断裂的必然性。必然性。IIW Authorized Training Body1.2.2 脆性断裂的断口特征脆性断裂的断口特征断面形状： 解理断裂：断口平齐，有放射状撕裂棱形

4、，即人字纹，其尖锋指向裂纹源 晶界断裂：表面平齐，呈颗粒状或粗瓷状，边缘有剪切唇IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body微观形态： 解理断裂：河流花样，舌状花样，扇形花样 晶界断裂：岩石状花样，冰糖状花样，为不同程度的晶粒多面体IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body1.3结构发生脆性断裂的原因和条件结构发生脆性断裂的原因和条件（金属结构脆性断裂的能量理论金属结构脆性断裂的能量理论） 固体内部的裂

5、纹和缺陷，导致其发生低应力脆固体内部的裂纹和缺陷，导致其发生低应力脆性断裂。使材料的实际断裂强度只有其理论强度的性断裂。使材料的实际断裂强度只有其理论强度的1/10 1/1000。金属材料单位面积局部 塑性变形能为P裂纹失稳扩展条件为 a2/E2PIIW Authorized Training Body两点结论：两点结论： 由能量原理可以看出，拉应力由能量原理可以看出，拉应力（可能包括（可能包括外载引起的拉应力和内部残余拉应力）是裂纹外载引起的拉应力和内部残余拉应力）是裂纹产生和扩展的动力，拉应力及缺陷的大小直接产生和扩展的动力，拉应力及缺陷的大小直接影响裂纹萌生和扩展的速度。影响裂纹萌生和扩

6、展的速度。 阻止裂纹扩展的主要因素是压应力和材料阻止裂纹扩展的主要因素是压应力和材料的塑性变形。的塑性变形。IIW Authorized Training Body1.4 影响金属结构延、脆性断裂的主要因素影响金属结构延、脆性断裂的主要因素（产生脆性断裂的原因）（产生脆性断裂的原因）1.4.1内在抗力因素内在抗力因素 材质因素材质因素 金属的化学成分及其晶粒度金属的化学成分及其晶粒度 延延/脆转变温度脆转变温度 材质缺陷材质缺陷IIW Authorized Training Body 结构因素：结构因素：结构形体、尺寸等影响应力大小、分布的结构形体、尺寸等影响应力大小、分布的因素；因素； 结构

7、表面形状的突变较大，则应力集中严结构表面形状的突变较大，则应力集中严重；重；突变处的局部刚度过大，则使结构对应力突变处的局部刚度过大，则使结构对应力集中敏感集中敏感等。等。IIW Authorized Training Body 内部应力：内部应力：焊接内应力焊接内应力构件之间的拘束应力构件之间的拘束应力温差应力温差应力各种冷热加工应力各种冷热加工应力IIW Authorized Training Body 1.4.2外在客观因素外在客观因素 应力状态应力状态 力学状态图 材料力学性能，包括 正断抗力SoT 剪切屈服极限tT 剪断抗力tK 应力状态指标 软性系数tg tg=max/maxIIW

8、 Authorized Training Body 有尖锐缺口的厚板即使在单向应力作用下也会出现三向拉应力状态，使应力状态指标tg提高，增加了脆断的可能性IIW Authorized Training Body塑性变形三点好处塑性变形三点好处： （一）促使应力集中点的应力（一）促使应力集中点的应力均匀化，降低应力集中的作用；均匀化，降低应力集中的作用；（二）可使内应力重新分布，（二）可使内应力重新分布，减小残余应力的大小和影响；减小残余应力的大小和影响；（三）可通过一定的塑性变形（三）可通过一定的塑性变形位移，使外力做功，消耗一部位移，使外力做功，消耗一部分内能，减小脆性破坏的危险分内能，减小

9、脆性破坏的危险性。性。IIW Authorized Training Body 环境温度环境温度 温度较高会增大金属原子的活力，容易发生温度较高会增大金属原子的活力，容易发生塑性变形，不易产生脆性断裂。塑性变形，不易产生脆性断裂。 低温会使金属材料变脆，发生（延低温会使金属材料变脆，发生（延/脆）转变。脆）转变。IIW Authorized Training BodyIIW Authorized Training Body 加载速率加载速率IIW Authorized Training Body1.5预防脆性断裂的措施预防脆性断裂的措施1.5.1正确选择材料正确选择材料 IIW Authorized Training Body1.5.2正确设计正确设计 尽量采用合理的结构形式尽量采用合理的结构形式 尽量减小结构和焊接接头部位的应力集中尽量减小结构和焊接接头部位的应力集中 尽量避免接头区局部刚度过大，局部刚度尽量避免接头区局部刚度过大，局部刚度越大，对应力集中越敏感。越大，对应力集中越敏感。 注意结构中次要元件的质量。注意结构中次要元件的质量。IIW Authorized Training Bo