1、2010年第29屆國(guó)際焊接工程師班-上海交通大學(xué)，IWE陳厲公-1/3.510-11斷裂力學(xué)，斷裂力學(xué)1。概述1.1載荷分類和失效形式A)疲勞是結(jié)構(gòu)失效的基本形式，占結(jié)構(gòu)總失效的8090%；沖擊載荷容易引起結(jié)構(gòu)的脆性破壞。c)疲勞破壞和脆性破壞都是低應(yīng)力破壞。1，2010，第29版國(guó)際焊接工程師班-IWE交通大學(xué)陳厲公-1/3.510-11斷裂力學(xué)，1.2結(jié)構(gòu)脆性破壞特征1)工作應(yīng)力低，只有屈服應(yīng)力的1/31/10，甚至外載荷為零；2)斷裂前無(wú)明顯塑性變形和突發(fā)性斷裂；3)大多數(shù)發(fā)生在低溫下；1)3)特點(diǎn)：人們措手不及，容易造成嚴(yán)重傷害。4)大多數(shù)脆性構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力大，內(nèi)能高；5)必須有裂紋源或應(yīng)

2、力集中點(diǎn)。4)5)特征：反映脆性斷裂的原因。2010，第29屆國(guó)際焊接工程師班-陳厲公，上海交通大學(xué)，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，B，L，2a，F(xiàn)，F(xiàn)，ESSO試驗(yàn)，中心缺口寬板拉伸試驗(yàn)，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，0，30，50，施加應(yīng)力N/mm2，300，溫度，200，0，400，100，無(wú)應(yīng)力試樣裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力。最低值出現(xiàn)在波段0；2)未消除殘余應(yīng)力的試樣的斷裂強(qiáng)度與溫度有明顯的關(guān)系，溫度小于50兆帕；在低溫下；只有理論強(qiáng)度的1/101/1000。3)應(yīng)力消除退火溫度與試樣的低溫?cái)嗔褟?qiáng)度有關(guān)，但數(shù)據(jù)在一定程度上是離散的；Q235級(jí)材料中心缺口寬板拉伸試驗(yàn)的ESSO

3、試驗(yàn)，室溫y，4，2010，29版國(guó)際焊接工程類wide上海交通大學(xué)陳厲公1/3.510-11斷裂力學(xué)，1.3脆性斷裂的原因和條件(脆性斷裂的能量理論)1)試驗(yàn)板B*L*，在載荷F的作用下， (設(shè)厚度=1) 2)外力做功：f * l .能量密度：(f * l)/(b * l *)=(f/(b *)*(l/l)=* 3)當(dāng)裂紋增長(zhǎng)到2a長(zhǎng)時(shí)，周圍彈性體釋放的能量為g=* a2 * * *=* a2 * 2/e； (/E，=1) 4)產(chǎn)生2a長(zhǎng)裂紋所需的能量：W=2 * 2a*1 *(2)裂紋有兩個(gè)2a * 1表面，彈性變形能和塑性變形能5)產(chǎn)生2a長(zhǎng)裂紋所需的能量W與釋放的能量G之差是U=W-G

4、=4a()-*a2*2/E 6) C=2/e)，b，l，2a，f，f，拉伸后固定l，5，2010，第29國(guó)際焊接工程師級(jí)-陳厲公，上海交通大學(xué)0: a2/c，該結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋擴(kuò)展至關(guān)重要；0:當(dāng)a較大時(shí)，dU/da0。釋放的能量大于膨脹的需要，裂紋會(huì)自動(dòng)膨脹，多余的能量會(huì)以聲音、光和熱的形式釋放出來(lái)。兩個(gè)結(jié)論：拉應(yīng)力是裂紋萌生和擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力，拉應(yīng)力()和缺陷(a)的大小直接影響裂紋的萌生和擴(kuò)展速度；防止裂紋擴(kuò)展的主要因素是壓應(yīng)力(負(fù)值)和塑性變形，6。由第29屆國(guó)際焊接工程師班編輯，2010-陳厲公，上海交通大學(xué)，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，1.4影響金屬韌脆斷裂的因素(脆性斷裂的原因)

5、1.4.1內(nèi)部因素(1)材料因素金屬化學(xué)成分材料缺陷是生產(chǎn)應(yīng)力集中的根源。如果有許多缺陷，大的缺陷或在拉應(yīng)力區(qū)，它將有很大的影響。垂直于拉伸應(yīng)力的片狀缺陷，尤其是裂紋，影響最大。轉(zhuǎn)變溫度區(qū)隨著厚度和應(yīng)變率的增加而增加，IWE交通大學(xué)第29屆國(guó)際焊接工程班-陳厲公，斷裂力學(xué)，1/3.510-11，()表面突起的應(yīng)力集中；局部剛度過(guò)大；(3)內(nèi)應(yīng)力：焊接殘余應(yīng)力、構(gòu)件間的約束應(yīng)力和溫差應(yīng)力；加工過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的脆性破壞。1.4.2外部客觀因素(1)應(yīng)力狀況最大主應(yīng)力所在的平面稱為主平面，最大剪應(yīng)力與主平面成45。最大/最大比率稱為應(yīng)力狀態(tài)的軟系數(shù)。不同載荷下的應(yīng)力狀態(tài)、最大、2、

6、1、m、最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力(實(shí)際矢量角)的關(guān)系，上海交通大學(xué)國(guó)際焊接工程系2010年2月8日第29版-陳厲公，雙軸拉應(yīng)力為amx0 min0，若最小amx max0，則脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)增加。三軸拉伸應(yīng)力條件為1，2，3 (123) AMX=1，最大值=(1-3)/2 (1-3/1)/2。如果3 1 0，脆性斷裂的風(fēng)險(xiǎn)增加。最大、最小0、最大、最小、9、2010年第29屆國(guó)際焊接工程師班-IWE陳厲公上海交通大學(xué)-1/3.510-一般，-0.28-0.3)Min 0 Max/amx=(1-3)/2)/(1-(23)、tk:剪切阻力，o，SoT:正斷裂阻力，tT:剪切屈服極限，amx，三軸拉伸，a

7、=1，扭轉(zhuǎn)，Y，X，10，2010，29版，上海交通大學(xué)國(guó)際焊接工程類-陳厲公，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，結(jié)構(gòu)表面突起和內(nèi)部缺陷，特別是片狀缺陷和垂直于主應(yīng)力的裂紋，將在裂紋尖端或應(yīng)力集中點(diǎn)形成三軸拉伸的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)工作應(yīng)力很低時(shí)，也會(huì)發(fā)生脆性破壞。事實(shí)上，當(dāng)斷裂為低應(yīng)力脆性斷裂時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力并不低。缺口o，SoT處的應(yīng)力分布，2010年11月，上海交通大學(xué)第29屆國(guó)際焊接工程師班-陳厲公，IWE-1/3.510-11斷裂良好的塑性：促進(jìn)應(yīng)力集中點(diǎn)的應(yīng)力均勻化，降低應(yīng)力集中；應(yīng)力再分布降低了殘余應(yīng)力的大小和影響；通過(guò)一定的塑性位移，內(nèi)部能量被消耗并且脆性破壞的風(fēng)險(xiǎn)被降低。由20

8、10年第29屆國(guó)際焊接工程師班編輯-陳厲公，上海交通大學(xué)，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，(2):的低環(huán)境溫度使材料變脆，導(dǎo)致延性/脆性轉(zhuǎn)變；脆性斷裂通常發(fā)生在低溫下。(3)當(dāng)加載速率為：時(shí)，塑性變形只能以相對(duì)較慢的速度擴(kuò)展。當(dāng)通過(guò)高速手段如沖擊和爆炸加載時(shí)，脆性斷裂是由于塑性變形太晚而引起的?？傊?，內(nèi)因，即結(jié)構(gòu)阻力是防止脆性的基礎(chǔ)；載荷特性、加載速率和環(huán)境因素等外部因素是脆性斷裂的條件。必須同時(shí)兼顧兩者，以有效避免脆性斷裂的發(fā)生。13，2010，29屆國(guó)際焊接工程師班-上海交通大學(xué)陳厲公，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，50，20，Ac(J)，屈服點(diǎn)(Mpa)，1800，1200

9、，600，母材的最佳工藝極限，s:強(qiáng)度，然而，實(shí)際生產(chǎn)情況與要求相反，但高強(qiáng)度材料焊接接頭的塑性韌性明顯不足。2010年14月，第29屆國(guó)際焊接工程師班-陳厲公，上海交通大學(xué)，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，1.5防止脆性斷裂的措施1.5.1正確選擇低強(qiáng)度材料和高成分；軸承時(shí)，母材先屈服，焊縫變形小，可能有缺陷，但仍能保持與母材相同的強(qiáng)度。高強(qiáng)度材料的低組成；接頭受載時(shí)，焊縫具有一定的塑性變形能力，有利于減少缺陷和應(yīng)力集中的影響，促進(jìn)應(yīng)力均勻化，延緩裂紋萌生和減緩裂紋擴(kuò)展。采用窄間隙槽，高韌性，低組裝接頭，與母材強(qiáng)度相當(dāng)。j，w，b，b，w，j，w，b，b，w，高成分，低成分，15，20

10、10，29版國(guó)際焊接工程類-陳厲公上海交通大學(xué)，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，1.5.2正確設(shè)計(jì)不要盲目加厚。厚度大：許多冶金缺陷，三向拉應(yīng)力，應(yīng)力集中(2)降低應(yīng)力集中；選擇應(yīng)力集中程度低的對(duì)接接頭，開(kāi)減壓槽，打磨光滑等。(3)避免局部剛度過(guò)大；降低應(yīng)力集中敏感度。(4)注意次要構(gòu)件及其焊接質(zhì)量對(duì)主要構(gòu)件的影響，避免產(chǎn)生裂紋源、高應(yīng)力集中和高殘余應(yīng)力。2010年16月，第29版國(guó)際焊接工程師班-陳厲公，上海交通大學(xué)，IWE-1/3.510-11斷裂力學(xué)，1.5.3合理安排工藝(1)合理選擇焊接材料、焊接方法和焊接工藝參數(shù)(2)嚴(yán)格管理，注意影響接頭質(zhì)量的細(xì)節(jié)(3)應(yīng)用應(yīng)力消除措施；(4)正確儲(chǔ)存產(chǎn)品。1.5.4正確使用和精心維護(hù)，防止腐蝕、環(huán)境溫差應(yīng)力和