9-弹塑性力学-断裂力学基础ppt课件

1、8.1 概述概述1断裂断裂fracture：宏观裂纹：宏观裂纹(micro-cracks)扩展扩展构件破断的过程构件破断的过程2分类：韧性断裂分类：韧性断裂(tenacity fracture)、脆性断裂、脆性断裂(brittle fracture)3危害：过载断裂危害：过载断裂(over-load fracture) 疲劳断裂疲劳断裂(fatigue fracture)低于设计载荷低于设计载荷, 85% cases)4断裂力学断裂力学(fracture mechanics)：固膂力学的一个分：固膂力学的一个分支。支。 资料从受载开场到断裂：资料从受载开场到断裂： 微裂纹的构成微裂纹的构成扩展

2、扩展宏观裂纹产生宏观裂纹产生损伤力学损伤力学(damage mechanics) 宏观裂纹扩展宏观裂纹扩展构件破坏构件破坏断裂力学断裂力学 分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。Griffith脆断实际成熟，韧性断裂、韧性资料损脆断实际成熟，韧性断裂、韧性资料损伤力学正在开展。伤力学正在开展。 8.2 8.2 裂纹扩展裂纹扩展(propagation of cracks) (propagation of cracks) 的根本类型的根本类型型张开型型张开型: : 正应力作用，裂纹扩展方向垂直正应力作用，裂纹扩展方向垂直于应力于应力型滑开型：剪应力作用，裂纹扩展

3、方向平行于型滑开型：剪应力作用，裂纹扩展方向平行于应力应力型扯开型：剪应力作用，裂纹线与应力方向一型扯开型：剪应力作用，裂纹线与应力方向一致致 复合型叠加原理求解复合型叠加原理求解 8.3 8.3 裂纹尖端应力场裂纹尖端应力场 型裂纹尖端应力场型裂纹尖端应力场 其中其中 经过经过Westerguard Westerguard 应力函数求解应力函数求解同样可以求得其他两种裂纹尖端的应力场略。同样可以求得其他两种裂纹尖端的应力场略。 普通地，裂纹尖端的应力场可表示为：普通地，裂纹尖端的应力场可表示为： 有弹性有弹性区和塑性区区和塑性区 (p=,) (p=,) ( , )( , , )ijpK f

4、ri jx y z8.4 8.4 应力强度因子应力强度因子(stress intensity factors) (stress intensity factors) 应力应力强度因子强度因子 与坐标无关，是表征裂纹尖端附近应力场强度的参量；与坐标无关，是表征裂纹尖端附近应力场强度的参量； 与裂纹外形、尺寸、方向有关与裂纹外形、尺寸、方向有关 与载荷的大小及作用方式有关与载荷的大小及作用方式有关 与资料参数相关与资料参数相关物理意义：在断裂力学分析中人为引进的，反映裂纹尖端应力物理意义：在断裂力学分析中人为引进的，反映裂纹尖端应力场强度的场强度的 力学参量。力学参量。作用：对裂纹尖端的应力、位移

5、场的求解作用：对裂纹尖端的应力、位移场的求解求求量纲：量纲：Ki Ki 力力 长度长度-3/2 -3/2 留意：与应力集中系数是两个不同的概念留意：与应力集中系数是两个不同的概念 8.5 8.5 断裂准那么断裂准那么(fracture criterion)(fracture criterion) 断裂韧度，表征资料抵抗裂纹扩展的抗断裂韧度，表征资料抵抗裂纹扩展的抗力，由实验确定平面应力型，平面应变型。力，由实验确定平面应力型，平面应变型。 当试样厚度较小时，裂纹尖端处当试样厚度较小时，裂纹尖端处 于平面应力形状，相对塑性区较于平面应力形状，相对塑性区较 大，裂纹扩展耗能高大，裂纹扩展耗能高KicKic高；高；当试样厚度较大时，裂纹尖端处当试样厚度较大时，裂纹尖端处 于平面应变形状，相对塑性区较于平面应变形状，相对塑性区较 小，裂纹扩展耗能低小，裂纹扩展耗能低KicKic低低KcKc ( (平面应变断裂韧度平面应变断裂韧度) )。 (I,II,III)KKiiic8.6 KIC平面应变断裂韧度平面应变断裂韧度(fracture toughness) KI = KIC型裂纹断裂准那么型裂纹断裂准那么 KIC为资料常数，应与试样几何尺寸无关。但在测试为资料常数，应与试样几何尺寸无关。但在测试时，应尽量增大试样厚度以保证裂纹尖端处于平面时，应尽量增大试样厚度以