断裂力学论文.docx

断裂力学论文一基本概念1任何一门科学都是应一定的需要而产生的,断裂力学也是如此。一提到断裂,人们自然而然地就会联想到各种工程断裂事故。在断裂力学产生之前,人们根据强度条件来设计构件,其基本思想就是保证构件的工作应力不超过材料的许用应力,即σ≤[σ]~安全设计对确保构件安全工作也确实起到了重大的作用,至今也仍然是必不可少的。但是人们在长期的生产实践中,逐步认识到,在某些情况下,根据强度条件设计出的构件并不安全,断裂事故仍然不断发生,特别是高强度材料构件,焊接结构,处在低温或腐蚀环境中的结构等,断裂事故就更加频繁。特别值得注意的是,有些断裂事故竟然发生在σ<<[σ]的条件下,用传统的安全设计观点是无法解释的。于是人们认识到了传统的设计思想是有缺欠的,并且开始寻求更合理的设计途径。人们从大量的断裂事故分析中发现,断裂都是起源于构件中有缺陷的地方。传统的设计思想把材料视为无缺陷的均匀连续体,而实际构件中总是存在着各种不同形式的缺陷。因此实际材料的强度大大低于理论模型的强度。断裂力学恰恰是为了弥补传统设计思想这一严重的缺陷而产生的。因此,给断裂力学下的定义就是断裂力学是研究有裂纹(缺陷)构件断裂强度的一门学科。或者说是研究含裂纹构件裂纹的平衡、扩展和失稳规律,以保证构件安全工作的一门科学2组成由于研究的观点和出发点不同,断裂力学分为微观断裂力学断裂力学{线弹性断裂力学宏观断裂力学{弹塑性断裂力学微观断裂力学研究原子位错等等比晶粒尺寸还小的微观结构的断裂过程,根据对这些过程的了解,建立起支配裂纹扩展和断裂的判据。宏观断裂力学在不涉及材料内部的断裂机理的条件下,通过连续介质力学分析和试件的实验做出断裂强度的估算与控制。其中,线弹性断裂力学研究的对象是线弹性裂纹固体,认为裂纹体内各点的应力和应变的关系都是线性的,遵守Hook定律(σ∝ε)。适用于塑性区的尺寸远小于裂纹的尺寸的情况。弹塑性断裂力学则采用弹塑性力学的分析方法来分析裂纹固体,适用于裂纹尖端塑性区的寸接近或大于裂纹尺寸的情况。裂纹的概念实际构件中的缺陷是多种多样的,主要包括缺陷:处焊接中的气泡、未焊透槽加工中产生的刀痕、刻孔冶炼中产生的夹渣、气裂纹~,随着服役时间后使用次数的增加,裂纹总是愈来愈长。在工作载荷较高时,比较短的裂纹就有可能发生断裂;在工作载荷较低时,比较长的裂纹才会带来危险。这表明表征裂端区应力变场强度的参量与载荷大小和裂纹长短有关,甚至可能与构件的几何形状有关。脆性断裂与韧性断裂韧度(toughness):是指材料在断裂前的弹塑性变形中吸收能量的能力。它是个能量的概念。脆性(brittle)和韧性(ductile):一般是相对于韧度低或韧度高而言的,而韧度的高低通常用冲击实验测量。高韧度材料比较不容易断裂,在断裂前往往有大量的塑性变形。如低强度钢,在断裂前必定伸长并颈缩,是塑性大、韧度高的金属。金、银比低强度钢更容易产生塑性变形,但是因为强度太低,因此吸收能量的能力还是不高的。玻璃和粉笔则是低韧度、低塑性材料,断裂前几乎没有变形。脆性断裂:一个带环形尖锐切口的低碳钢圆棒,受到轴向拉伸载荷的作用,在拉断时,没有明显的颈缩塑性变形,断裂面比较平坦,而且基本与轴向垂直,这是典型的脆性断裂。粉笔、玻璃以及环氧树脂、超高