1、疲勞與斷裂課件第九章1第1頁，共29頁。2第2頁，共29頁。e e0理想彈塑性材料理想彈塑性材料s s2yss syss syss ss se e0硬化材料硬化材料2yss sAyss sA2yss s3第3頁，共29頁。 = = =221)(122a as sapapysKr平面應力平面應力平面應變平面應變4第4頁，共29頁。s sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys5第5頁，共29頁。ysys ss ss s= =s sp pw ws syMKx= =- -22(/ )0 xwwMxww

2、Ms sxs ss sw wyys0aMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 06第6頁，共29頁。0 xwwCw wC xwwMxwwMs sxDsDs2 2s sw wyysc c0 0 xw ws-Dss-Dss syc c0 0s sys7第7頁，共29頁。Rice認為：直到認為：直到w wc= w wM時，上述方法仍然可用。時，上述方法仍然可用。循環(huán)載荷下，裂尖有單調塑性區(qū)循環(huán)載荷下，裂尖有單調塑性區(qū)w wM、塑性區(qū)塑性區(qū)w wc。；8第8頁，共29頁。9第9頁，共29頁。yx單調塑性區(qū)單調塑性區(qū)循環(huán)塑性區(qū)循環(huán)塑性區(qū)實際裂紋實際裂紋：在疲勞載荷作用下發(fā)生和發(fā)展。：在疲勞載

3、荷作用下發(fā)生和發(fā)展。 裂紋在已發(fā)生塑性變形的材料包圍之中。裂紋在已發(fā)生塑性變形的材料包圍之中。卸載時，彈性變形要恢復；卸載時，彈性變形要恢復； y方向塑性變形不可恢復方向塑性變形不可恢復；裂紋面閉合。；裂紋面閉合。10第10頁，共29頁。s ss ss ss ss smaxminopclt11第11頁，共29頁。-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30lgda/dN (mm/c)D DK (Mpa.m1/2)R=0.05R=0.52D DKeff (Mpa.m1/2)lgda/dN (mm/c)-1-2-3-4-5 3 5 10 20 30與與D DK K相比，相比，D DK Keffe

4、ff是控制裂紋擴展的更本質的參量。是控制裂紋擴展的更本質的參量。12第12頁，共29頁。ABs ss sCODAB0長鋸縫長鋸縫s s有電阻、光學、超聲法等方法。有電阻、光學、超聲法等方法。最可靠、應用最廣的是最可靠、應用最廣的是COD法。法。Paris（1974）給出張開位移為：給出張開位移為： CODAB=4s sa/E=asas 或：或： s s=(E/4a)CODAB式中，平面應力，式中，平面應力，E=E； 平面應變，平面應變，E=E/(1- )2。用鋸縫模擬理想裂紋，可驗證用鋸縫模擬理想裂紋，可驗證s s-COD線性關系。線性關系。 a , s s-COD直線的直線的斜率斜率E/4a

5、 。13第13頁，共29頁。s sCODAB0oos s ， 斜率斜率 E/4a ， a ？原閉合裂紋逐漸張開。原閉合裂紋逐漸張開。14第14頁，共29頁。s ss ss ss s- -aDsaDsmaxopopminCOD裂紋裂紋張開張開閉合閉合只要裂紋完全張開，補償后記錄的只要裂紋完全張開，補償后記錄的CODAB-aDsaDs應為一應為一常量（垂線）。一旦裂紋開始閉合，則常量（垂線）。一旦裂紋開始閉合，則CODAB-aDsaDs將偏將偏離垂線。離垂線。s ss ss ss smaxopopminCODCODaDsaDsDsDss-Dss-Dss s15第15頁，共29頁。16第16頁，共2

6、9頁。應力水平從應力水平從DsDs2降至降至DsDs1， s sop ，DsDseff ，da/dN ， 遲滯后恢復。遲滯后恢復。s sDsDsDsDsDsDs1 12 21 1ts sop17第17頁，共29頁。實驗結果實驗結果:2024-T3鋁鋁, 62年，年，Schijve.施加了三次施加了三次高載后，壽命延長高載后，壽命延長4倍。倍。a (mm)100501050 10 20 30 4042024-T3鋁鋁N(10 )ts s18第18頁，共29頁。20世紀年代初，人們才認識到載荷間的相互影響。觀世紀年代初，人們才認識到載荷間的相互影響。觀察到單個高載的作用會引起裂紋擴展速率的降低。這

7、察到單個高載的作用會引起裂紋擴展速率的降低。這種現象稱為裂紋遲滯。如果高載足夠大，可以發(fā)生止種現象稱為裂紋遲滯。如果高載足夠大，可以發(fā)生止裂，裂紋擴展完全停止。裂，裂紋擴展完全停止。19第19頁，共29頁。aada/dNNda/dN 。通常是在單個或不多幾個高載作通常是在單個或不多幾個高載作用后發(fā)生。用后發(fā)生。aada/dNN20第20頁，共29頁。對于高載遲滯現象發(fā)生原因的物理解釋。對于高載遲滯現象發(fā)生原因的物理解釋。裂紋閉合裂紋閉合 二者綜合作用，造成二者綜合作用，造成21第21頁，共29頁。2) 裂紋穿過裂紋穿過rOL，即即ai+ryi=aOL+rOL時，遲滯消失。時，遲滯消失。arOL

8、OLairyi22第22頁，共29頁。m 是實測的，預測壽命的結果較好。是實測的，預測壽命的結果較好。arOLOLairyi23第23頁，共29頁。用分析方法預測遲滯擴展。用分析方法預測遲滯擴展。arOLOLaiaryiprreq高載引入裂尖殘余壓應力高載引入裂尖殘余壓應力s sres，遲滯發(fā)生。遲滯發(fā)生。24第24頁，共29頁。 0 025第25頁，共29頁。已知已知; (; 求求 時的時的計算計算計算計算積分積分預測預測壽命壽命計算計算 計算計算26第26頁，共29頁。arOLOLaiaryiprreq27第27頁，共29頁。ts sOLmaxmina) 拉伸高載拉伸高載 s ss ss st b)壓壓拉高載拉高載s ss sOLt d)壓縮高載壓縮高載s stc)拉拉壓高載壓高載 s ss sOLaN恒幅載荷恒幅載荷(d)(a)a) 遲滯影響大，壽命可增遲滯影響大，壽命可增 1-