2-3 内聚应力理论.ppt

1、2-3凝聚应力理论是从断裂的结果原子间距离的观点出发，将平行且邻接的新裂纹面积晶体平面间的原子分离。 作为物理模型，可以看作是相互作用力使结合的2个平面分离。 作为平面间的凝聚应力，作为应变。 这里是瞬时平面距离、平衡时距离。 凝聚应力变化曲线，从零开始逐渐增加时，最初几乎成比例增加，接近最高的凝聚应力时开始偏离线性关系，超过最高点时开始下降继续增加。 如图所示，这种关系是定性的，没有得到实验的充分支持。 其中最大的内聚合应力称为结晶凝聚强度。 内聚应力分布根据以上模型，在裂纹端点内聚应力正好为内聚强度，在裂纹端前后比内聚强度小。 垂直裂纹表面的裂纹端带凝聚应力的分布如图所示。 如果外载荷引起

2、的应力在裂缝端前大于内聚强度，则会发生断裂。 内聚合强度的推定，如果能够近似地用正弦函数表示关系，则在(平衡时)或(平面间没有力，形成裂纹)时，内聚合应力为零。 小时，关系近似具有线性关系。 因此，弹性模量可以写成理论凝聚强度在此假设的细观表现的弹性模量与宏观材料的杨氏模量大致相等。 时，凝聚应力为零，时，即平面间距大平衡时的2倍以上时，平面间不相互作用，形成应力自由的裂纹面，同时，不能恢复原状。 此时，理论推测的凝聚强度对钢材而言杨氏模量约为。 因此，理论凝聚强度约为。 该强度比现在最强的超高强度钢的拉伸强度大20倍以上，比一般常用的低碳钢的拉伸强度大约100倍，凝聚强度和表面自由能的关系是

3、，龟裂变长，对抗凝聚应力增加平面间距离的功能。 当平面间距从平衡时的增加到形成龟裂的间距时，龟裂延长的总功量通过以下的积分得到，(2-24 )式是临界点时增加新的龟裂表面所需的能量以上， 对钢材理论表面自由能和测定大致一致的脆性材料的实测值一般比理论值小，塑性变形微小，为了释放的能量形成新的龟裂面积和发展时的动能原因自身的缺陷而催促断裂的发生的测定值不显示唯一的材料常数， 金属材料难以测量表面能，不可忽视的塑性变形金属材料的新裂纹面积无塑性变形的表面能，2单侧裂纹或对称中心裂纹，可以得到实验方法和能量释放率，这种方法称为柔性法。 3应力强度因子、3-1裂纹基本型3-2裂纹端的应力场和位移场3-

4、3应力特异性和应力强度因子3-4常见裂纹的应力强度因子3-5的叠加原理及其应用3-6总结3-1裂纹基本型、一、开型或拉伸型() :二、同平面剪切型三、反平面剪切型():裂纹面表面的相对位移在裂纹面内且与裂纹前缘的切线方向平行。 四、复合型裂纹：两种以上基本型的组合。 3-2裂缝端的应力场和位移场，如果裂缝尖锐，则在尖端的应力集中度高，其局部高应力必然导致材料屈服。 但是，在外负荷不太大，裂纹前端塑性区域与裂纹自身的尺寸相比相当小的情况下，部件整体的力学行为主要由小塑性区域外的宽的弹性区域决定。因此，在线弹性断裂力学分析没有考虑裂纹尖端在极窄范围内的屈服问题。 平面问题的应力状态在图中表示以裂纹端点为原点的坐标系，x方向是即将裂纹之前的方向，y方向是裂纹面的法线方向，z方向是远离纸面的方向。 中的组合图层性质变更选项。 考虑到接近裂缝边缘且位于极坐标(r，)处的单元，应力状态可以用、表示。 由于物体遵循线弹性规律，裂端区的应变场可由弹性力学公式求得：通过应变