弹塑性断裂力学.pptxVIP

第1页/共63页弹塑性断裂力学第2页/共63页内容简介 当含裂纹的弹塑性体受到外载荷作用时，裂纹尖端附近会出现“塑性区”，塑性区是的大小与外载，裂纹长短和材料屈服强度等都有关系。 弹塑性断裂力学的主要任务，就是在大范围屈服的条件下，确定出能够定量描述裂纹尖端区域弹塑性应力应变场强度的参量，进而建立出适合于工程应用的断裂判据。目前应用最广的是J积分理论和裂纹尖端张开位移(COD)理论。第3页/共63页主要内容线弹性断裂力学的局限性COD参量及其计算J积分原理及全塑性解各断裂参量之间的关系断裂分析在有限元软件中处理方法思考题第4页/共63页线弹性断裂力学的局限性 材料的弹塑性问题 线弹性的适用范围 测试工作的要求第5页/共63页线弹性断裂力学的局限性材料的弹塑性问题应力实际材料的应力应变关系-低碳钢塑性应变载荷增大第6页/共63页Crack线弹性断裂力学的局限性线弹性的适用范围线弹性力学是建立在小范围屈服的基础上的K主导区当裂纹尖端的塑性区尺寸比裂纹尺寸或其它特征几何尺寸小的多的情况。塑性区第7页/共63页线弹性断裂力学的局限性对中低强度钢的中小型构件以及其他弹塑性材料，塑性区尺寸较大，在裂纹尖端附近发生大范围或全面屈服。对高强度钢，由于裂纹尺寸很小，以致塑性 尺寸和裂纹尺寸达到相同的数量级，断裂在应力接近或超过屈服应力的情况下发生。第8页/共63页线弹性断裂力学的局限性测试工作的要求在测试材料的KIC时,为保证平面应变和小范围屈服,要求试样厚度 如：中等强度钢 要求B=99mm试样太大，浪费材料一般试验机很难做到第9页/共63页对于塑性变形占很大比重的弹塑性断裂体的断裂问题用小试样测试KIC的问题弹塑性断裂力学阻力曲线等方法COD方法J积分方法线弹性断裂力学的局限性弹塑性断裂力学的提出第10页/共63页主要内容线弹性断裂力学的局限性COD参量及其计算J积分原理及全塑性解各断裂参量之间的关系断裂分析在有限元软件中处理方法思考题第11页/共63页COD参量及其计算COD的定义和基本思想小范围屈服条件下的CODD-B带状屈服模型的COD全屈服条件下的COD判据?IC的测试第12页/共63页COD参量及其计算COD的定义 COD—裂纹尖端张开位移(Crack [tip] Opening Displacement)。裂纹尖端区域发生屈服后，其范围内应力就几乎不再增加了，所以用应变研究和判断裂纹扩展要比应力更适用些。裂尖的张开位移(COD) 正是裂尖塑性应变的一种极好的量度。英国、日本焊接验收标准我国压力容器缺陷验收标准第13页/共63页是裂纹开始扩展的判据,不是裂纹失稳扩展的断裂判据COD参量及其计算COD的基本思想 把裂纹体受力后裂纹尖端的张开位移?作为一个参量，建立这个参量与外加应力s（或应变e）和裂纹长度a的关系，计算弹塑性加载时裂纹尖端的张开位移?，然后把材料起裂时的?c值作为材料的弹塑性断裂韧性指标。利用?＝?c作为判据判断是够是否发生破坏。应力松弛引起的裂纹体刚度下降与裂纹长度增加的效果是一样的第14页/共63页COD参量及其计算 小范围屈服条件下的COD 等效裂纹长度a*=a+ry 考虑塑性区影响，假想把 原来的裂纹尖端O移到点 原裂尖点处的张开位移就是COD(或 ）第15页/共63页沿y方向的位移COD参量及其计算 平面应变o点的坐标为：小范围屈服COD计算公式:可用于小范围屈服条件, 进行断裂分析和破损安全设计。第16页/共63页思路COD参量及其计算D-B带状屈服模型的CODDugdale于1960年发现裂尖的塑性区具有扁平带状特征,从而建立了D-B模型。假设裂纹尖端区域的塑性区沿呈尖劈带状，理想弹塑性材料。塑性区将塑性区看成等效裂纹这样裂纹长度可转化为2a→2c，原裂纹尖端的张开量就是COD第17页/共63页COD参量及其计算D-B模型的简化 塑性区周围为弹性区，塑性区和弹性区的交界面上，作用有垂直于裂纹面的均匀结合力σs 简化为求点A的张开位移第18页/共63页? ＝?1+?2COD参量及其计算利用叠加原理第19页/共63页平面应力平面应变COD参量及其计算利用弹性化理论分析方法证明：原裂纹尖端的张开位移（COD）裂纹开始扩展的临界张开位移：适用情况：(1) 无限大板穿透裂纹体；(2) 材料被认为是理想弹塑性材料(3) ?=?s, ???,不适用于整体屈服(4) (σ/σs)≤0.6的小范围到大范围屈服。D-B模型塑性区宽度：第20页/共63页CrackCOD参量及其计算全屈服条件下的COD判据 工程结构或压力容器中，一些管道或焊接部件常会发生短裂纹在全面屈服下扩展而导致的破坏。全面屈服情况下，载荷的微小变化会引起应变和COD的很大变化。需寻求裂纹尖端张开位移δ与应变e、裂纹几何和材料性能的关