焊接工程师课程-IWE-3-3.10-11-1断裂力学.ppt

1、2010年第29届国际焊接工程师班-上海交通大学，IWE陈厉公-1/3.510-11断裂力学，断裂力学1。概述1.1载荷分类和失效形式A)疲劳是结构失效的基本形式，占结构总失效的8090%；冲击载荷容易引起结构的脆性破坏。c)疲劳破坏和脆性破坏都是低应力破坏。1，2010，第29版国际焊接工程师班-IWE交通大学陈厉公-1/3.510-11断裂力学，1.2结构脆性破坏特征1)工作应力低，只有屈服应力的1/31/10，甚至外载荷为零；2)断裂前无明显塑性变形和突发性断裂；3)大多数发生在低温下；1)3)特点：人们措手不及，容易造成严重伤害。4)大多数脆性构件内应力大，内能高；5)必须有裂纹源或应

2、力集中点。4)5)特征：反映脆性断裂的原因。2010，第29届国际焊接工程师班-陈厉公，上海交通大学，IWE-1/3.510-11断裂力学，B，L，2a，F，F，ESSO试验，中心缺口宽板拉伸试验，IWE-1/3.510-11断裂力学，0，30，50，施加应力N/mm2，300，温度，200，0，400，100，无应力试样裂纹扩展的临界应力。最低值出现在波段0；2)未消除残余应力的试样的断裂强度与温度有明显的关系，温度小于50兆帕；在低温下；只有理论强度的1/101/1000。3)应力消除退火温度与试样的低温断裂强度有关，但数据在一定程度上是离散的；Q235级材料中心缺口宽板拉伸试验的ESSO

3、试验，室温y，4，2010，29版国际焊接工程类wide上海交通大学陈厉公1/3.510-11断裂力学，1.3脆性断裂的原因和条件(脆性断裂的能量理论)1)试验板B*L*，在载荷F的作用下， (设厚度=1) 2)外力做功：f * l .能量密度：(f * l)/(b * l *)=(f/(b *)*(l/l)=* 3)当裂纹增长到2a长时，周围弹性体释放的能量为g=* a2 * * *=* a2 * 2/e； (/E，=1) 4)产生2a长裂纹所需的能量：W=2 * 2a*1 *(2)裂纹有两个2a * 1表面，弹性变形能和塑性变形能5)产生2a长裂纹所需的能量W与释放的能量G之差是U=W-G

4、=4a()-*a2*2/E 6) C=2/e)，b，l，2a，f，f，拉伸后固定l，5，2010，第29国际焊接工程师级-陈厉公，上海交通大学0: a2/c，该结构对裂纹扩展至关重要；0:当a较大时，dU/da0。释放的能量大于膨胀的需要，裂纹会自动膨胀，多余的能量会以声音、光和热的形式释放出来。两个结论：拉应力是裂纹萌生和扩展的驱动力，拉应力()和缺陷(a)的大小直接影响裂纹的萌生和扩展速度；防止裂纹扩展的主要因素是压应力(负值)和塑性变形，6。由第29届国际焊接工程师班编辑，2010-陈厉公，上海交通大学，IWE-1/3.510-11断裂力学，1.4影响金属韧脆断裂的因素(脆性断裂的原因)

5、1.4.1内部因素(1)材料因素金属化学成分材料缺陷是生产应力集中的根源。如果有许多缺陷，大的缺陷或在拉应力区，它将有很大的影响。垂直于拉伸应力的片状缺陷，尤其是裂纹，影响最大。转变温度区随着厚度和应变率的增加而增加，IWE交通大学第29届国际焊接工程班-陈厉公，断裂力学，1/3.510-11，()表面突起的应力集中；局部刚度过大；(3)内应力：焊接残余应力、构件间的约束应力和温差应力；加工过程中产生的拉应力过大，导致结构的脆性破坏。1.4.2外部客观因素(1)应力状况最大主应力所在的平面称为主平面，最大剪应力与主平面成45。最大/最大比率称为应力状态的软系数。不同载荷下的应力状态、最大、2、

6、1、m、最大主应力与最大剪应力(实际矢量角)的关系，上海交通大学国际焊接工程系2010年2月8日第29版-陈厉公，双轴拉应力为amx0 min0，若最小amx max0，则脆性断裂风险增加。三轴拉伸应力条件为1，2，3 (123) AMX=1，最大值=(1-3)/2 (1-3/1)/2。如果3 1 0，脆性断裂的风险增加。最大、最小0、最大、最小、9、2010年第29届国际焊接工程师班-IWE陈厉公上海交通大学-1/3.510-一般，-0.28-0.3)Min 0 Max/amx=(1-3)/2)/(1-(23)、tk:剪切阻力，o，SoT:正断裂阻力，tT:剪切屈服极限，amx，三轴拉伸，a

7、=1，扭转，Y，X，10，2010，29版，上海交通大学国际焊接工程类-陈厉公，IWE-1/3.510-11断裂力学，结构表面突起和内部缺陷，特别是片状缺陷和垂直于主应力的裂纹，将在裂纹尖端或应力集中点形成三轴拉伸的应力状态。当工作应力很低时，也会发生脆性破坏。事实上，当断裂为低应力脆性断裂时，裂纹尖端的应力并不低。缺口o，SoT处的应力分布，2010年11月，上海交通大学第29届国际焊接工程师班-陈厉公，IWE-1/3.510-11断裂良好的塑性：促进应力集中点的应力均匀化，降低应力集中；应力再分布降低了残余应力的大小和影响；通过一定的塑性位移，内部能量被消耗并且脆性破坏的风险被降低。由20

8、10年第29届国际焊接工程师班编辑-陈厉公，上海交通大学，IWE-1/3.510-11断裂力学，(2):的低环境温度使材料变脆，导致延性/脆性转变；脆性断裂通常发生在低温下。(3)当加载速率为：时，塑性变形只能以相对较慢的速度扩展。当通过高速手段如冲击和爆炸加载时，脆性断裂是由于塑性变形太晚而引起的。总之，内因，即结构阻力是防止脆性的基础；载荷特性、加载速率和环境因素等外部因素是脆性断裂的条件。必须同时兼顾两者，以有效避免脆性断裂的发生。13，2010，29届国际焊接工程师班-上海交通大学陈厉公，IWE-1/3.510-11断裂力学，50，20，Ac(J)，屈服点(Mpa)，1800，1200

9、，600，母材的最佳工艺极限，s:强度，然而，实际生产情况与要求相反，但高强度材料焊接接头的塑性韧性明显不足。2010年14月，第29届国际焊接工程师班-陈厉公，上海交通大学，IWE-1/3.510-11断裂力学，1.5防止脆性断裂的措施1.5.1正确选择低强度材料和高成分；轴承时，母材先屈服，焊缝变形小，可能有缺陷，但仍能保持与母材相同的强度。高强度材料的低组成；接头受载时，焊缝具有一定的塑性变形能力，有利于减少缺陷和应力集中的影响，促进应力均匀化，延缓裂纹萌生和减缓裂纹扩展。采用窄间隙槽，高韧性，低组装接头，与母材强度相当。j，w，b，b，w，j，w，b，b，w，高成分，低成分，15，20

10、10，29版国际焊接工程类-陈厉公上海交通大学，IWE-1/3.510-11断裂力学，1.5.2正确设计不要盲目加厚。厚度大：许多冶金缺陷，三向拉应力，应力集中(2)降低应力集中；选择应力集中程度低的对接接头，开减压槽，打磨光滑等。(3)避免局部刚度过大；降低应力集中敏感度。(4)注意次要构件及其焊接质量对主要构件的影响，避免产生裂纹源、高应力集中和高残余应力。2010年16月，第29版国际焊接工程师班-陈厉公，上海交通大学，IWE-1/3.510-11断裂力学，1.5.3合理安排工艺(1)合理选择焊接材料、焊接方法和焊接工艺参数(2)严格管理，注意影响接头质量的细节(3)应用应力消除措施；(4)正确储存产品。1.5.4正确使用和精心维护，防止腐蚀、环境温差应力和