断裂力学第三章

1、1第1页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三裂纹的断裂准则:带裂纹的构件发生断裂的临界条件.3.1 单一型裂纹的断裂准则一.阻力曲线法 以平面应力为例说明 1.裂纹扩展的推动力与试件的类型有关 2第2页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三2.裂纹扩展阻力 裂纹扩展单位长度所需要消耗的能量. 裂纹扩展 测定 计算 阻力曲线 3.临界条件 只有 点是失稳的扩展条件 3第3页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三二.能量判据三.应力强度因子判据 4第4页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三3.2 最大周向正应力理论一.复合

2、型裂纹断裂判据需要解决的问题 裂纹沿什么方向扩展 确定开裂角; 裂纹在什么条件下开始扩展 确定临界条件 二.最大周向正应力判据 1.假定: 裂纹初始扩展沿着周向正应力 为最大的方向. 当这个方向上的周向正应力的最大值 达到临界 时,裂纹开始扩展. 5第5页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三2.举例:、型复合裂纹 因 ,各项均趋于无穷大 取 圆周上各点的 6第6页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三无实际意义 开裂条件: :由型裂纹的断裂韧性来确定. 临界失稳条件 7第7页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三3.几种特殊情况a.型,

3、b.型, c.中心斜裂纹的单向拉伸 沿裂纹面: 垂直裂纹面: 8第8页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三给定 确定临界应力 9第9页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三3.3 能量释放率理论判据,由帕立.尼斯威米(K.Palaniswamy)提出. 假设: 裂纹沿产生最大能量释放率的方向扩展. 当在上述确定的方向上,能量释放率达到临界值时,裂纹 开始扩展. 纽斯曼(Nuismer)利用连续性假设研究了能量释放率与最大周向正应力之间的关系. 假设:沿 方向产生支裂纹, 平面应变下,裂纹沿本身平面扩展时的能量释放率为 10第10页，共26页，2022年，5

4、月20日，17点12分，星期三(沿裂纹方向扩展) 支裂纹的能量释放率为:令 假设支裂纹尖端的应力场趋近于扩展开始的原有裂纹尖端应力场. 11第11页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三支裂纹沿 方向开始从原有裂纹扩展时的能量释放率 12第12页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三根不是解 起始裂纹方向取于 周向应力取平稳值的方向与能量释放率取平稳值的方向 又当 13第13页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三周向应力绝对值最大的方向是能量释放率最大的方向 临界条件 (平面应变) 14第14页，共26页，2022年，5月20日，17点1

5、2分，星期三3.4 应变能密度理论 判据,薛昌明提出的基于局部应变能密度场断裂概念的 复合型判据. 一.应变能密度因子 平面应变:、型复合型裂纹尖端附近的应力场,利用叠加原理 15第15页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三弹性条件下:微元体 储存的应变能为 应变能密度 16第16页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三应变能密度因子表示裂纹尖端附近应力场密度切的强弱程度 17第17页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三二.应变能密度因子判据 假定: 裂纹沿应变能密度因子最小方向(势能密度最大)开始扩展. 应变能密度因子达到临界值时,裂

6、纹开始扩展. 型裂纹 18第18页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三应力强度因子理论： 材料常数 型裂纹 19第19页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三平面应变： 型裂纹 20第20页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三3.5 平面应变断裂韧度测定平面应变断裂韧度：弹性介质中，具有型裂纹的构件抵抗裂纹扩展的能力，或者说线弹性介质中，型裂纹前端附件应力场强度因子的临界值. 是 中的最小值且趋于常值 . 是材料固有性能指标，是材料常数. 只适用于线弹性，材料必须在小范围屈服下失稳. 一.定义 21第21页，共26页，2022年，5月2

7、0日，17点12分，星期三二.试验 标准：金属材料平面应变断裂韧度标准测试方法 （美国材料试验协会） :中国标准 1.试件a.三点弯曲试件22第22页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三b.紧凑拉伸试件美国 标准中的标准试件 c四点弯曲试件 拱形三点弯曲试件 单边切口拉伸试件 中心切口拉伸试件 圆周切口杆状拉伸23第23页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三2.测试原理载荷 裂纹张开位移 3.测试方法步骤 加工并预制裂纹 在试件切开张开端安装位移传感器 将试件放于试验机上 连接 记录仪 加载试验，记录 曲线 当试件不能承受更大载荷为止，记录最大 24第24页，共26页，2022年，5月20日，17点12分，星期三4.试验数据分析a.裂纹长度的确定要求： b. 的确定 （1）做切线OA（2）做割线OPS，斜率 比切线斜率小5% 25第25页，共26页，2022年，5月