断裂力学基础 断裂失效与断裂控制设计.pptVIP

* 1) 已知?、a，算K，选择材料，保证不发生断裂； 2) 已知a、材料的K1c，确定允许使用的工作应力?； 3) 已知?、K1c，确定允许存在的最大裂纹尺寸a。 一般地说，为了避免断裂破坏，须要注意： 抗断设计： 低温时，材料K1c降低，注意发生低温脆性断裂。 K1c较高的材料，断裂前ac较大，便于检查发现裂纹。 当缺陷存在时，应进行抗断设计计算。 控制材料缺陷和加工、制造过程中的损伤。 * 解：1）不考虑缺陷，按传统强度设计考虑。 选用二种材料时的安全系数分别为： 材料1： n? 1=?ys1/?=1800/1000=1.8 材料2： n? 2=?ys2/?=1400/1000=1.4 2）考虑缺陷，按断裂设计考虑。 由于a很小，对于单边穿透裂纹应有 或 c K a K 1 1 12 . 1 ￡ = p s a K c p s 12 . 1 1 ￡ 例1：某构件有一长a=1mm的单边穿透裂纹，受拉 应力? =1000MPa的作用。试选择材料。 材料1：?ys1=1800MPa，K1C1=50MPa ； 材料2：?ys2=1400MPa，K1C2=75MPa ； * 选用材料1，将发生低应力脆性断裂； 选用材料2，既满足强度条件，也满足抗断要求。 选用材料1： ?1c=50/[1.12(3.14?0.001)1/2]=796MPa ? 选用材料2： ?2c=75/[1.12(3.14?0.001)1/2]=1195MPa ? 断裂 安全 注意，a0越小，K1C越大，临界断裂应力?c越大。 因此，提高K1C ，控制a0，利于防止低应力断裂。 * 压力容器直径大，曲率小，可视为承受拉伸应力的无限大中心裂纹板，有： 或 c K a K 1 1 ￡ = p s 2 1 ) ( 1 s p c K a ￡ 解：由球形压力容器膜应力计算公式有： ?=pd/4t=5?4/(4?0.01)=500MPa 例2：球形压力容器d=5m ，承受内压p=4MPa， 厚度t=10mm，有一长2a的穿透裂纹。已知 材料K1C=80MPa 。求临界裂纹尺寸ac。 * 在发生断裂的临界状态下有： 故得到： ac=(1/3.14)(80/500)2=0.0081m=8.1mm 2 1 ) ( 1 s p c K a = c ； ?=pd/4t 若内压不变，容器直径 d ， ? ， ac ， 抗断裂能力越差。 内压 p ，则 ? ，临界裂纹尺寸 ac ； 材料的 K1C ，临界裂纹尺寸 ac ； 可知： * 低应力断裂：在静强度足够的情况下发生的断裂。 剩余强度: 受裂纹影响降低后的强度。 工程中最常见的、危害最大的是 I (张开)型裂纹。 用弹性力学方法可以得到裂纹尖端附近任一点(r,?)处的正应力?x、?y和剪应力?xy为： 本章基本概念 应力强度因子 K反映了裂尖应力场的强弱； K的量纲为[应力][长度]1/2，常用MPa 。 * 裂尖的应力强度因子K1可以更一般地写为： K a f a W 1 = s p ( , , . . . ) 对于承受拉伸的无限宽中心裂纹板， f=1； 对于无限宽单边裂纹板， f=1.12。 裂纹尺寸和形状 作用应力 材料断裂韧性K1C 断裂三要素 或 K?K1C K f a W a = ( , ) L s p ￡ K c 1 断裂判据： 抗力 作用 * 习题：5-1，5-7 * 第五章 断裂失效与断裂控制设计 5.1 结构中的裂纹 5.2 裂纹尖端的应力强度因子 5.3 控制断裂的基本因素 5.4 材料的断裂韧性 K1c 5.5 断裂控制设计 * 结构中的缺陷是引起破坏的重要原因。最严重的缺陷是裂纹。 裂纹引起断裂破坏，如何分析、控制？ 不会分析时，构件发现裂纹，报废。 20世纪50年代后，“断裂力学”形成、发展，人们力图控制断裂、控制裂纹扩展。 裂纹从何而来？材料缺陷；疲劳萌生；