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飞机结构损伤容限设计 飞机结构损伤容限设计 飞机结构损伤容限设计 第5讲 断裂力学基础知识 第5讲 断裂力学基础知识 飞机设计技术研究所 吴富强 1 内容概要 内容概要 1. 断裂力学简介 2. 能量平衡理论 3. 应力强度因子理论 4. 裂纹尖端塑性区 5. 复合型准则 6. 断裂韧度试验 飞机设计技术研究所 吴富强 2 1. 断裂力学简介 1. 断裂力学简介 结构断裂，起源于裂纹。 飞机设计技术研究所 吴富强 3 1. 断裂力学简介 1. 断裂力学简介 断裂力学：采用弹、塑性理论和新的试验技术 研究裂纹尖端附近的应力、应变场和裂纹扩展的一 门学科。 研究对象：带裂纹的材料和结构。 裂纹的生成 裂纹的亚临界扩展 断裂开始 断裂传播 断裂停止 飞机设计技术研究所 吴富强 4 2. 能量平衡理论 2. 能量平衡理论 1921年Griffith探索“为什么玻璃等材料的实际断裂 强度比用分子结构理论所预期的强度低得多？” 通过系列研究，他认为物体内部存在细小的缺陷或 裂纹，在外载作用下物体内部能量释放所产生的裂纹驱 动力导致了裂纹的增长，同时物体内部也存在阻止形成 新裂纹面积的阻力，即在裂纹增长过程中物体中驱动裂 纹增长的动力与阻止裂纹增长的阻力是平衡的。 Griffith的上述研究分析促使了断裂力学的形成！ 飞机设计技术研究所 吴富强 5 2. 能量平衡理论 2. 能量平衡理论 Griffith根据Inglis对 开孔薄板的应力场、 位移场计算公式，计 算出椭圆孔短轴尺寸 趋于零(理想裂纹尖 端)时，含孔裂纹板 应变能的改变为： 2 2 2 2 π σ π σ a t A U 裂纹扩展动力！ 裂纹扩展动力！ E 4E A 2at 裂纹单侧自由表面的面积。 飞机设计技术研究所 吴富强 6 2. 能量平衡理论 2. 能量平衡理论 裂纹扩展后，形成两个新的自由表面，则其表面能 增加了，设 γ为表面能密度，则两个自由表面总的 表面能为： Γ 2Aγ 裂纹扩展阻力！