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1、第八章 斷裂力學(xué)基礎(chǔ) 8.1 概述 1 斷裂 （ fracture） ：宏觀裂紋 (micro-cracks)擴(kuò)展 構(gòu)件破斷的過程 2 分類：韌性斷裂 (tenacity fracture)、 脆性斷裂 (brittle fracture) 3 危害：過載斷裂 (over-load fracture) 疲勞斷裂 (fatigue fracture)（ 低于設(shè)計(jì)載荷 , 85% cases) 4 斷裂力學(xué) (fracture mechanics)：固體力學(xué)的一個(gè)分支 。 材料從受載開始到斷裂： 微裂紋的形成 擴(kuò)展 宏觀裂紋產(chǎn)生 損傷力學(xué) (da

2、mage mechanics) 宏觀裂紋擴(kuò)展 構(gòu)件破壞 斷裂力學(xué) 分為線彈性斷裂力學(xué)和彈塑性斷裂力學(xué) 。 Griffith脆斷理論 （ 成熟 ） ， 韌性斷裂 、 韌性材料損傷力學(xué)正在發(fā)展 。 第八章 斷裂力學(xué)基礎(chǔ) 8.2 裂紋擴(kuò)展 (propagation of cracks) 的基本類型 型 （ 張開型 ） : 正應(yīng)力作用 ， 裂紋擴(kuò)展方向垂直于應(yīng)力 型 （ 滑開型 ） ：剪應(yīng)力作用 ， 裂紋擴(kuò)展方向平行于應(yīng)力 型 （ 撕開型 ） ：剪應(yīng)力作用 ， 裂紋線與應(yīng)力方向一致 復(fù)合型 （ 疊加原理求解 ） 第八章 斷裂力學(xué)基礎(chǔ)

3、8.3 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng) 型裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng) 其中 （ 通過 Westerguard 應(yīng)力函數(shù)求解 ） 同樣可以求得其他兩種裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng) （ 略 ） 。 一般地 ， 裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)可表示為： （ 有彈性區(qū)和塑性區(qū) ） (p= , , ) ( , ) ( , , , )ij pK f r i j x y z 第八章 斷裂力學(xué)基礎(chǔ) 8.4 應(yīng)力強(qiáng)度因子 (stress intensity factors)

4、 應(yīng)力強(qiáng)度因子 與坐標(biāo)無關(guān) ， 是表征裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的參量； 與裂紋形狀 、 尺寸 、 方向有關(guān) 與載荷的大小及作用方式有關(guān) 與材料參數(shù)相關(guān) 物理意義：在斷裂力學(xué)分析中人為引進(jìn)的 ， 反映裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的 力學(xué)參量 。 作用：對(duì)裂紋尖端的應(yīng)力 、 位移場(chǎng)的求解 求 量綱： Ki 力 長(zhǎng)度 -3/2 （ 注意：與應(yīng)力集中系數(shù)是兩個(gè)不同的概念 ） 第八章 斷裂力學(xué)基礎(chǔ) 8.5 斷裂準(zhǔn)則 (fracture criterion) 斷裂韌度 ， 表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展的

5、抗力 ， 由實(shí)驗(yàn)確定 （ 平面 應(yīng)力型 ， 平面應(yīng)變型 ） 。 當(dāng)試樣厚度較小時(shí)，裂紋尖端處 于平面應(yīng)力狀態(tài)，相對(duì)塑性區(qū)較 大，裂紋擴(kuò)展耗能高 Kic高； 當(dāng)試樣厚度較大時(shí)，裂紋尖端處 于平面應(yīng)變狀態(tài)，相對(duì)塑性區(qū)較 小，裂紋擴(kuò)展耗能低 Kic低 K c (平面應(yīng)變斷裂韌度 )。 ( I ,I I ,I I I )K K ii i c 第八章 斷裂力學(xué)基礎(chǔ) 8.6 KIC 平面應(yīng)變斷裂韌度 (fracture toughness) KI = KIC（ 型裂紋斷裂準(zhǔn)則 ） KIC為材料常數(shù) ， 應(yīng)與試樣幾何尺寸無關(guān) 。 但在測(cè)試時(shí) ， 應(yīng)盡量增大試樣厚 度以保證裂紋尖端處于平面應(yīng)變狀態(tài) 。 a 裂紋長(zhǎng)度 （ 預(yù)制 ） ,（ w-a） 韌帶尺寸 采用三點(diǎn)彎曲 （ 圖 8-3） 或緊湊拉伸 （ 圖 8-4） 試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試 。