第二章失效分析基礎(chǔ)知識(shí)一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段三、環(huán)境作用機(jī)理2023/1/1611.1鑄態(tài)金屬組織缺陷

鑄態(tài)金屬常見的組織缺陷有縮孔、疏松、偏析、內(nèi)裂紋、氣泡和白點(diǎn)等。一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷(1)縮孔與疏松2023/1/162一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.1鑄態(tài)金屬組織缺陷2023/1/163一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.1鑄態(tài)金屬組織缺陷(2)偏析金屬在冷凝過程中，由于某些因素的影響而形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象稱為偏析。在實(shí)際生產(chǎn)中的一般冷卻條件下，擴(kuò)散過程常落后于凝固和冷卻過程。由于擴(kuò)散不足，在凝固后的金屬中，便存在晶體范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象，即晶內(nèi)偏析。這種偏析往往導(dǎo)致金屬中樹枝狀組織的形成，故亦稱枝晶偏析。基于同一原因，在固溶體金屬中，后凝固的晶體與先凝固的晶體成分也會(huì)不同。此外，在任何一種金屬中，各個(gè)樹枝狀晶體之間最后凝固的部分，通常屬于低熔點(diǎn)組成物和不可避免的雜質(zhì)，它們與晶體本身的成分不同。上述這兩種情況都屬于晶體間的成分不均勻現(xiàn)象，即晶間偏析。2023/1/164一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.1鑄態(tài)金屬組織缺陷硫偏析碳偏析2023/1/165一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.1鑄態(tài)金屬組織缺陷(3)氣泡與白點(diǎn)

金屬在熔融狀態(tài)時(shí)的溶解大量的氣體，在冷凝過程未能及時(shí)逸出，包容在還處于塑性狀態(tài)的金屬中，于是形成了氣孔。這種氣孔稱為氣泡。

如果鋼液中氫含量較高，在冷卻時(shí)氫以原子態(tài)析出，聚集在鋼中空隙處，結(jié)合成很難在鋼中進(jìn)行擴(kuò)散的氫分子。在空隙處便形成巨大的局部壓力(可達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼的強(qiáng)度，因而產(chǎn)生裂縫。當(dāng)出現(xiàn)這種缺陷以后，在經(jīng)侵蝕后的橫向截面上，呈現(xiàn)較多短小的不連續(xù)的發(fā)絲狀裂縫；而在縱向斷口上會(huì)發(fā)現(xiàn)表面光滑的、銀白色的圓形或橢圓形的斑點(diǎn)，這種缺陷稱為白點(diǎn)。白點(diǎn)2023/1/166氣泡一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.2金屬鍛造及軋制缺陷(1)內(nèi)部組織缺陷a．粗大的魏氏體組織在熱軋或停鍛溫度較高時(shí)，由于奧氏體晶粒粗大，在隨后冷卻時(shí)的先析出物沿晶界析出，并以一定方向向晶粒內(nèi)部生長(zhǎng)，或平行排列，或成一定角度。這種形貌稱為魏氏體組織。魏氏體組織因其組織粗大而使材料脆性增加，強(qiáng)度下降。比較重要的工件不允許魏氏體組織存在。2023/1/167b.網(wǎng)絡(luò)狀碳化物及帶狀組織

對(duì)于工具鋼，鍛造和軋制的目的不但是毛坯成形，更重要的是使其內(nèi)部的碳化物碎化和分布均勻。如果不是多方向鍛造，和小的鍛造比，鍛件就存在網(wǎng)絡(luò)狀或帶狀分布的碳化物由于網(wǎng)狀和帶狀組織破壞了材料性能的均勻性和連貫性，常成為工、模具過早失效的內(nèi)在因素。一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.2金屬鍛造及軋制缺陷(1)內(nèi)部組織缺陷2023/1/168c.鋼材表層脫碳鋼加熱時(shí)，金屬表層的碳原子燒損，使金屬表層碳成分低于內(nèi)層，這種現(xiàn)象稱為脫碳，凡降低了碳量的表面層叫做脫碳層。一般的鍛造和軋制是在大氣中進(jìn)行的，加熱及鍛、軋過程中鋼件表層會(huì)強(qiáng)烈燒損而出現(xiàn)脫碳層。一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.2金屬鍛造及軋制缺陷(1)內(nèi)部組織缺陷表面脫碳組織形貌2023/1/169一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.2金屬鍛造及軋制缺陷(2)鋼材表面缺陷最常見鋼材的表面缺陷有折疊、劃痕、結(jié)疤、分層、表面裂紋等。低碳鉻鉬鋼管內(nèi)壁的折疊和結(jié)疤鋼板分層2023/1/1610一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.3金屬夾雜物(1)脆性夾雜物脆性夾雜物一般指那些不具有塑性變形能力的簡(jiǎn)單氧化物(如A12O3、Cr2O3、ZrO2等)、雙氧化物(如FeO·A12O3、Mg·A12O3、CaO·6A12O3等)、氮化物[如TiN、Ti(CN)、AlN、VN等]和不變形的球狀(或點(diǎn)狀)夾雜物(如球狀鋁酸鈣和含SO2較高的硅酸鹽等)。

2023/1/1611一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.3金屬夾雜物(1)脆性夾雜物2023/1/1612塑性夾雜物這類夾雜物在鋼經(jīng)受加工變形時(shí)具有良好的塑性，沿著鋼的流變方向延伸成條帶狀，屬于這類的夾雜物有含SO2量較低的鐵錳硅酸鹽、硫化錳(MnS)、(Fe，Mn)S等。一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.3金屬夾雜物(2)塑性夾雜物

珠光體帶的高倍組織

珠光體帶內(nèi)條狀的硫化物夾雜2023/1/1613一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.3金屬夾雜物(3)半塑性夾雜物半塑性變形的夾雜物一般指各種復(fù)合的鋁硅酸鹽夾雜物，復(fù)合夾雜物中的基體，在熱加工變形過程中產(chǎn)生塑性變形，但分布在基體中的夾雜物(如鋁酸鈣、尖晶石型的雙氧化物等)不變形，基體夾雜物隨著鋼基體的變形而延伸，而脆性夾雜物不變形，仍保持原來的幾何形狀，因此將阻礙鄰近的塑性夾雜物自由延伸，而遠(yuǎn)離脆性夾雜物的部分沿著鋼基體的變形方向自由延伸。復(fù)合夾雜物的變形行為2023/1/1614一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.3金屬夾雜物夾雜物對(duì)鋼性能的影響大量試驗(yàn)事實(shí)說明夾雜物對(duì)鋼的強(qiáng)度影響較小，對(duì)鋼的韌性危害較大，其危害程度又隨鋼的強(qiáng)度的增高而增加。（1）變形性能由于夾雜物與鋼基體之間的物理性質(zhì)和變形性方面存在著較大的差異，在加工變形過程中，鋼基體的均勻連續(xù)性受到破壞，引起應(yīng)力集中。（2）應(yīng)力集中由于夾雜物和金屬的彈塑性性質(zhì)不同，非金屬夾雜物可使金屬中發(fā)生應(yīng)力再分配，引起應(yīng)力集中，成為材料中的薄弱環(huán)節(jié)。（3）裂紋誘因夾雜物本身產(chǎn)生斷裂或夾雜物與基體交界面產(chǎn)生斷裂而成為裂源。2023/1/1615一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.4金屬焊接組織缺陷（1）焊接區(qū)無論是結(jié)構(gòu)應(yīng)力，還是熱應(yīng)力都是很復(fù)雜；（2）組織轉(zhuǎn)變的不均勻性以及不平衡的結(jié)晶凝固引起的物理的與化學(xué)的不均勻性（3）容易產(chǎn)生工藝缺陷金屬焊接的特點(diǎn)

金屬的焊接是在不平衡的熱力學(xué)條件下進(jìn)行的，加熱與冷卻速度大。在大的結(jié)構(gòu)件上，焊接接頭金屬只是一個(gè)微小部分，它的加熱與冷卻又是在相當(dāng)大的剛性拘束下進(jìn)行的，因此焊接接頭具有如下特點(diǎn)：2023/1/1616一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.4金屬焊接組織缺陷(1)焊接接頭的形成與區(qū)域特征焊接接頭的宏觀區(qū)域結(jié)構(gòu)2023/1/1617一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.4金屬焊接組織缺陷(2)焊接裂紋a．熱裂紋

在高溫下產(chǎn)生，而且都是沿奧氏體晶界開裂。根據(jù)產(chǎn)生熱裂紋的形態(tài)、機(jī)理和溫度區(qū)間等因素不同，熱裂紋又分為結(jié)晶裂紋、高溫液化裂紋和多邊化裂紋三類結(jié)晶裂紋

焊縫在結(jié)晶過程中，固相線附近由于凝固金屬收縮時(shí)，殘余液相不足，致使沿晶界開裂，故稱結(jié)晶裂紋。這種裂紋在顯微鏡下觀察時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)具有晶間破壞的特征，多數(shù)情況下在焊縫的斷面上發(fā)現(xiàn)有氧化的色彩，說明這種裂紋是在高溫下產(chǎn)生的。焊縫中的結(jié)晶裂紋1×(母材20號(hào)鋼；焊絲H08A)2023/1/1618一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.4金屬焊接組織缺陷(2)焊接裂紋高溫液化裂紋

在焊接熱循環(huán)峰值溫度作用下，母材近縫區(qū)和多層焊縫的層間金屬中，由于含有低熔共晶組成物(如硫、磷、硅、鎳等)而被重新熔化，在收縮應(yīng)力作用下，沿奧氏體晶間發(fā)生開裂。焊縫中的高溫液化裂紋

焊縫中的多邊化裂紋多邊化裂紋

焊接時(shí)焊縫或近縫區(qū)在固相線溫度以下的高溫區(qū)間，晶格缺陷的移動(dòng)和聚集，便形成了二次邊界，即“多邊化邊界”，組織疏松，高溫時(shí)的強(qiáng)度和塑性都很低，易沿著多邊化的邊界開裂，產(chǎn)生多邊化裂紋，又稱高溫塑性裂紋。2023/1/1619一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.4金屬焊接組織缺陷(2)焊接裂紋b．再熱裂紋

厚板結(jié)構(gòu)焊后再進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，其目的是消除焊后的殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的金相組織和力學(xué)性能。但對(duì)于某些鋼種(含有沉淀強(qiáng)化元素的)在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理的過程中，在焊接熱影響區(qū)的粗晶部位產(chǎn)生裂紋。這種裂紋是在重新加熱(熱處理)過程中產(chǎn)生的，故稱“再熱裂紋”，又稱“消除應(yīng)力處理裂紋”，國外簡(jiǎn)稱“SR裂紋”(StressReliefCracking)。再熱裂紋與熱裂紋雖然都是沿晶界開裂，但是再熱裂紋產(chǎn)生的本質(zhì)與熱裂紋根本不同，再熱裂紋只在一定的溫度區(qū)間(約550～650℃)敏感，而熱裂紋是發(fā)生在固相線附近。焊縫中的再熱裂紋8×2023/1/1620一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.4金屬焊接組織缺陷(2)焊接裂紋c．冷裂紋

在相當(dāng)?shù)偷臏囟?，大約在鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(即Ms點(diǎn))附近，由于拘束應(yīng)力、淬硬組織和氫的作用下，在焊接接頭產(chǎn)生的裂紋屬冷裂紋。冷裂紋主要發(fā)生在低合金鋼、中合金鋼和高碳鋼的熱影響區(qū)，個(gè)別情況下，如焊接超高強(qiáng)鋼或某些鈦合金時(shí)，冷裂紋也出現(xiàn)在焊縫上。主要分為延遲裂紋、淬硬脆化裂紋和低塑性脆化裂紋。焊縫中的延遲裂紋5×淬硬脆化裂紋形貌2023/1/1621一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.4金屬焊接組織缺陷(2)焊接裂紋d．層狀撕裂

焊接結(jié)構(gòu)的層狀撕裂是屬低溫開裂，常用的低合金高強(qiáng)鋼，撕裂溫度不超過400℃。層狀撕裂與一般的冷裂紋不同，它主要是由于軋制鋼材的內(nèi)部存在有分層的夾雜物(特別是硫化物夾雜物)和在焊接時(shí)產(chǎn)生的垂直軋制方向的應(yīng)力，致使焊接熱影響區(qū)附近或稍遠(yuǎn)的地方產(chǎn)生呈“臺(tái)階”狀的層狀開裂，并具有穿晶發(fā)展。層狀撕裂常發(fā)生在裝焊過程或結(jié)構(gòu)完工之后，是一種難以修復(fù)的結(jié)構(gòu)破壞，甚至造成災(zāi)難性事故。。2023/1/1622一、金屬構(gòu)件中的常見缺陷1.5熱處理產(chǎn)生的組織缺陷鋼鐵零件在熱處理時(shí)出現(xiàn)廢品是平常事，其原因是零件在加熱和冷卻過程中不可避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力來源有兩個(gè)方面。一方面由于冷卻過程中零件表面與中心冷卻速度不同，其體積收縮在表面與中心也就不一樣。這種由于溫度差而產(chǎn)生體積收縮量不同所引起的內(nèi)應(yīng)力稱做“熱應(yīng)力”。另一方面，鋼件在組織轉(zhuǎn)變時(shí)比體積發(fā)生變化，比如奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)比體積增大。由于零件斷面上各處轉(zhuǎn)變的先后不同，其體積變化各處不同，由此引起的內(nèi)應(yīng)力稱做“組織應(yīng)力”。熱處理時(shí)出現(xiàn)的缺陷，主要是淬裂現(xiàn)象。2023/1/1623二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.1傳統(tǒng)強(qiáng)度理論及適用范圍破壞形式分類

脆性斷裂塑性屈服a．最大拉應(yīng)力理論(第一強(qiáng)度理論)

破壞原因：σ1

（最大拉應(yīng)力）破壞條件：σ1

=σ

o（σb）強(qiáng)度條件：

適用范圍:脆性材料拉、扭；一般材料三向拉；2023/1/1624b．最大拉應(yīng)變理論(第二強(qiáng)度理論)

破壞原因：ε1

（最大拉應(yīng)變）破壞條件：ε1

=ε

o（εb）強(qiáng)度條件：

適用范圍:石、混凝土壓。二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.1傳統(tǒng)強(qiáng)度理論及適用范圍2023/1/1625c．最大切應(yīng)力理論(第三強(qiáng)度理論)二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.1傳統(tǒng)強(qiáng)度理論及適用范圍

破壞原因：τ1

（最大切應(yīng)力）破壞條件：τ1

=τ

o（σs/2

）強(qiáng)度條件：

適用范圍:塑性材料屈服破壞；一般材料三向壓。Tresca’sCriterion2023/1/1626d．形狀改變比能理論(第四強(qiáng)度理論)二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.1傳統(tǒng)強(qiáng)度理論及適用范圍

破壞原因：uf

（形狀改變必能）破壞條件：

強(qiáng)度條件：

適用范圍:塑性材料屈服；一般材料三向壓。Mises’sCriterion2023/1/1627強(qiáng)度理論的名稱及分類相應(yīng)應(yīng)力表達(dá)式第一類強(qiáng)度理論（斷裂失效的理論）第一強(qiáng)度理論—最大拉應(yīng)力理論第二強(qiáng)度理論—最大拉應(yīng)變理論第二類強(qiáng)度理論（屈服失效的理論）第一強(qiáng)度理論—最大切應(yīng)力理論第一強(qiáng)度理論—形狀改變比能理論四個(gè)強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力表達(dá)式二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.1傳統(tǒng)強(qiáng)度理論及適用范圍2023/1/1628二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.1傳統(tǒng)強(qiáng)度理論及適用范圍（1）在材料力學(xué)傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上建立的一整套有關(guān)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，被稱為傳統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算方法。到目前為止，傳統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算方法仍對(duì)工程實(shí)踐起著很大的指導(dǎo)作用。（GB150和ASMEcode）（2）傳統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行，但不夠準(zhǔn)確，因?yàn)榧僭O(shè)材料為均勻連續(xù)、無損傷的前提，與材料的實(shí)際情況是有區(qū)別的。任何原材料都存在微裂紋、微孔洞、剪切帶以及各種損傷基元的組合。為了保證構(gòu)件的安全，傳統(tǒng)強(qiáng)度計(jì)算方法采用了較高的安全系數(shù)。安全系數(shù)既包容了材料的實(shí)際情況與均勻連續(xù)無損傷假設(shè)的差異，也包容了真實(shí)變形體與受力假設(shè)模型的差異，甚至包容了制造、使用等過程產(chǎn)生的變化與理論假設(shè)的差異在內(nèi)，是一個(gè)無知程度系數(shù)。（3）船舶折斷、橋梁倒塌、車軸斷裂、飛機(jī)墜毀多是構(gòu)件材料裂紋擴(kuò)展引起的。人們對(duì)裂紋萌生、長(zhǎng)大及失穩(wěn)過程的規(guī)律及對(duì)構(gòu)件承載能力削弱的程度研究，促進(jìn)了斷裂力學(xué)的蓬勃發(fā)展。對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)度理論的評(píng)論Thecommentsontraditionalstrengththeories2023/1/1629二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念

斷裂力學(xué)研究帶有宏觀裂紋(大于等于0.1mm)的均勻連續(xù)基體的力學(xué)行為，認(rèn)為引起構(gòu)件斷裂失效的主要原因是構(gòu)件材料存在宏觀裂紋的成長(zhǎng)及其失穩(wěn)擴(kuò)展。主要研究?jī)蓚€(gè)問題：（1）裂紋體在裂端區(qū)應(yīng)力強(qiáng)度的表征及變化規(guī)律——外力作用下裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力；（2）是裂紋體發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界值——材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。圖2-27裂紋開口的三種基本類型2023/1/1630二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念2023/1/16311.應(yīng)力場(chǎng)表達(dá)式定義應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠ線彈性斷裂力學(xué)的應(yīng)力強(qiáng)度因子理論2023/1/1632二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念線彈性斷裂力學(xué)的應(yīng)力強(qiáng)度因子理論2.應(yīng)力強(qiáng)度因子裂紋端部應(yīng)力和KⅠ有關(guān)，對(duì)于裂紋端部任意一點(diǎn)A(r，θ)，該點(diǎn)的應(yīng)力分量完全由KⅠ決定，控制了應(yīng)力的大小，故稱為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，下標(biāo)Ⅰ表示Ⅰ型裂紋(張開型裂紋)。針對(duì)無限大板中心貫穿裂紋推導(dǎo)出來的。對(duì)于其他裂紋狀態(tài)的張開型裂紋，KⅠ的表達(dá)式為其中，Y是一個(gè)和載荷無關(guān)，而與裂紋形狀、加載方式以及試樣幾何形狀有關(guān)的量，稱為幾何因子或形狀因子。裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)具有奇異性，應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子就是用來描述這種奇異性的力學(xué)參量。

2023/1/1633二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念線彈性斷裂力學(xué)的應(yīng)力強(qiáng)度因子理論2.臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子由KI的表達(dá)式可見，隨著應(yīng)力σ的增大，KI值也隨之增加。因此可以推斷，當(dāng)應(yīng)力增大到某一臨界值時(shí)，構(gòu)件發(fā)生破壞即裂紋發(fā)生擴(kuò)展。此時(shí)，裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子KI達(dá)到一個(gè)臨界值KIC，稱之為臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。是材料斷裂韌度之一，表示材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的物理參量，由試驗(yàn)測(cè)定。對(duì)于帶裂紋的構(gòu)件來說，因裂紋擴(kuò)展引起構(gòu)件破壞的判據(jù)（簡(jiǎn)稱斷裂判據(jù)）應(yīng)該是：3.K-判據(jù)KI＜KIC

KI

是裂紋擴(kuò)展的推動(dòng)力，它取決于裂紋尺寸和所受載荷（應(yīng)力）而與材料性能無關(guān)，只要材料性能符合線彈性的胡克定律。

KIC

是材料的斷裂韌性度，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試出來，屬于材料的力學(xué)性能之一，表征材料的韌性優(yōu)劣。線彈性斷裂力學(xué)的歷史功績(jī)：

第一次建立了缺陷尺寸—應(yīng)力—材料韌度三者之間的關(guān)系，從而構(gòu)建了“結(jié)構(gòu)完整性”理論、“合乎使用”準(zhǔn)則。線彈性斷裂力學(xué)的不足之處：

“線彈性”假設(shè)未能充分考慮裂尖的塑性變形的影響，不能適用于裂尖大范圍屈服甚至結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域（如應(yīng)力集中區(qū)）全面屈服狀況下裂紋的斷裂問題。

于是出現(xiàn)了彈塑性甚至全塑性條件下的斷裂力學(xué)：

——COD理論—裂紋尖端張開位移理論

——J積分理論2023/1/1634二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念線彈性斷裂力學(xué)的應(yīng)力強(qiáng)度因子理論2023/1/1635（即COD）二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念裂紋尖端張開位移（COD）理論－對(duì)于無限板中心穿透裂紋，利用彈塑性力學(xué)可以導(dǎo)出裂尖的張開位移（D-M模型）：ReL—

材料的屈服強(qiáng)度2023/1/1636二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念裂紋尖端張開位移（COD）理論

COD判據(jù)如下：當(dāng)裂紋尖端張開位移δ達(dá)到臨界值δC時(shí)，裂紋將要開裂，即

δ=δC

是裂紋的臨界狀態(tài)；當(dāng)δ稍大于δC時(shí)，裂紋開裂；當(dāng)δ小于δC時(shí)，裂紋不開裂。（1）裂紋尖端張開位移δ，可用直接觀察法與蝕刻條紋法等實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，也可用有限元法與公式計(jì)算求出。（2）δC是材料彈塑性斷裂韌度的指標(biāo)，是材料常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。2023/1/1637二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念裂紋尖端張開位移（COD）理論優(yōu)點(diǎn)

δ斷裂判據(jù)應(yīng)用到焊接結(jié)構(gòu)和壓力容器的斷裂安全分析非常有效，而且簡(jiǎn)單可行，加上δC的測(cè)量方法也比較簡(jiǎn)單，因此，在20世紀(jì)中后期，δ斷裂判據(jù)在工程上應(yīng)用比較普遍。缺點(diǎn)（1）δ斷裂判據(jù)的理論基礎(chǔ)薄弱，δ公式是根據(jù)M-D模型推出的，將裂紋尖端塑性區(qū)簡(jiǎn)化為窄條形，與真實(shí)情況（魚尾形狀）不符合。（2）裂紋尖端張開位移臨界值δC的規(guī)定有困難。如果以開裂點(diǎn)δi的值規(guī)定δC，尺寸影響較小，比較穩(wěn)定，適合作為材料常數(shù)，但是用于設(shè)計(jì)，則偏于保守；如果以失穩(wěn)點(diǎn)δmax的值規(guī)定δC，尺寸影響較大，數(shù)值不穩(wěn)定，不適合作為材料常數(shù)，但是與斷裂的實(shí)際情況較符合。（3）M-D模型僅適用穿透裂紋，而工程中遇到的多數(shù)是表面裂紋。對(duì)于表面裂紋還沒有相應(yīng)的模型，只能工程方法近似確定。Rice導(dǎo)出圍繞裂紋的一種線積分是一個(gè)與所取積分回路的路線無關(guān)的常量：w—裂紋體各處的應(yīng)變能密度－J積分的物理意義是表征裂紋體在載荷作用下由應(yīng)力應(yīng)變構(gòu)成的一種形變能量－當(dāng)J積分值達(dá)到臨界值JIC時(shí)，裂紋發(fā)生開裂2023/1/1638二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念J-積分理論2023/1/1639二、力學(xué)計(jì)算基本概念及手段2.2斷裂力學(xué)的基本概念J-積分理論J-積分?jǐn)嗔雅袚?jù)與裂紋尖端張開位移