第六章表面裂纹.pdfVIP

______________________________疲劳与断裂_______________________________ 第六章 表面裂纹 裂纹将引起低应力下的断裂。工程结构中的裂纹，通常是在疲劳载荷作用下发 生或发展的。除材料自身缺陷形成的裂纹外，疲劳载荷作用下萌生的裂纹大都起源 于应力水平高的表面。故表面裂纹引起的断裂破坏，是工程实际中最常见的。 表面裂纹问题是三维 2W 2W 问题，表面裂纹的形状一 a a 2t 2t 般用半椭圆描述，如图 t c t 2c 2R 6.1所示。各种半椭圆表 面裂纹之应力强度因子的 (a) 埋藏裂纹 2W (d) 孔壁表面裂纹 计算，对于实际工程构件 t 的断裂分析、疲劳裂纹扩 a 展寿命的估计等，是十分 2c 2W 重要的。 (b) 表面裂纹 t 由于问题的复杂性， W a c 三维表面裂纹问题的解析 t 2R a 解目前仍难以得到。为满 c (e) 孔壁角裂纹 足解决工程实际问题的需 (c) 角裂纹 要，许多力学研究工作者 图6.1 有限体中的三维裂纹 利用各种近似分析法、数 值法、实验方法及工程估计方法，努力寻求尽可能精确的应力强度因子解。 如Smith, Kobayashi等用交替法, Newman和Raju等用有限元法, Heliot等用边 界积分方程法, Aboutorabi等用实验方法, Letunov等用工程估计方法, 都得到了 一些可用的解。本章将主要介绍有关表面裂纹的若干可用应力强度因子解及其应用 ，不讨论应力强度因子的求解方法。 6.1拉伸载荷作用下无限大体中的埋藏裂纹和表面裂纹 1. 无限大体中埋藏椭圆裂纹的应力强度因子 119 ______________________________疲劳与断裂_______________________________ 如图6.2所示，在垂直于裂纹面的拉伸载荷作用下，无限大体中埋藏椭圆裂纹 周边的应力强度因子的精确解，是Irwin于1962年给出的。在图示坐标