1、1,第三章 裂紋的斷裂準則,2,裂紋的斷裂準則:帶裂紋的構(gòu)件發(fā)生斷裂的臨界條件.,3.1 單一型裂紋的斷裂準則,一.阻力曲線法,以平面應(yīng)力為例說明,1.裂紋擴展的推動力,與試件的類型有關(guān),3,2.裂紋擴展阻力,裂紋擴展單位長度所需要消耗的能量.,裂紋擴展,測定,計算,阻力曲線,3.臨界條件,只有 點是失穩(wěn)的擴展條件,4,二.能量判據(jù),三.應(yīng)力強度因子判據(jù),5,3.2 最大周向正應(yīng)力理論,一.復(fù)合型裂紋斷裂判據(jù)需要解決的問題,裂紋沿什么方向擴展,確定開裂角;,裂紋在什么條件下開始擴展,確定臨界條件,二.最大周向正應(yīng)力判據(jù),1.假定: 裂紋初始擴展沿著周向正應(yīng)力 為最大的方向.,當這個方向上的周向

2、正應(yīng)力的最大值 達到臨界 時,裂紋開始擴展.,6,2.舉例:、型復(fù)合裂紋,因 ,各項均趨于無窮大,取 圓周上各點的,7,無實際意義,開裂條件:,:由型裂紋的斷裂韌性來確定.,臨界失穩(wěn)條件,8,3.幾種特殊情況,a.型,b.型,c.中心斜裂紋的單向拉伸,沿裂紋面:,垂直裂紋面:,9,給定,確定臨界應(yīng)力,10,3.3 能量釋放率理論,判據(jù),由帕立.尼斯威米(K.Palaniswamy)提出.,假設(shè): 裂紋沿產(chǎn)生最大能量釋放率的方向擴展. 當在上述確定的方向上,能量釋放率達到臨界值時,裂紋 開始擴展.,紐斯曼(Nuismer)利用連續(xù)性假設(shè)研究了能量釋放率 與最大周向正應(yīng)力之間的關(guān)系.,假設(shè):沿 方

3、向產(chǎn)生支裂紋,平面應(yīng)變下,裂紋沿本身平面擴展時的能量釋放率為,11,(沿裂紋方向擴展),支裂紋的能量釋放率為:,令,假設(shè)支裂紋尖端的應(yīng)力場趨近于擴展開始的原有裂紋 尖端應(yīng)力場.,12,支裂紋沿 方向開始從原有裂紋擴展時的能量 釋放率,13,根不是解,起始裂紋方向取于,周向應(yīng)力取平穩(wěn)值的方向與能量釋放率取平穩(wěn)值的方向,又當,14,周向應(yīng)力絕對值最大的方向是能量釋放率最大的方向,臨界條件,(平面應(yīng)變),15,3.4 應(yīng)變能密度理論,判據(jù),薛昌明提出的基于局部應(yīng)變能密度場斷裂概念的 復(fù)合型判據(jù).,一.應(yīng)變能密度因子,平面應(yīng)變:、型復(fù)合型裂紋尖端附近的應(yīng)力場, 利用疊加原理,16,彈性條件下:微元體,

4、儲存的應(yīng)變能為,應(yīng)變能密度,17,應(yīng)變能密度因子表示裂紋尖端附近應(yīng)力場密度切的強弱程度,18,二.應(yīng)變能密度因子判據(jù),假定:,裂紋沿應(yīng)變能密度因子最小方向(勢能密度最大)開始擴展. 應(yīng)變能密度因子達到臨界值時,裂紋開始擴展.,型裂紋,19,應(yīng)力強度因子理論：,材料常數(shù),型裂紋,20,平面應(yīng)變：,型裂紋,21,3.5 平面應(yīng)變斷裂韌度測定,平面應(yīng)變斷裂韌度：彈性介質(zhì)中，具有型裂紋的構(gòu)件 抵抗裂紋擴展的能力，或者說線彈性介質(zhì)中，型裂 紋前端附件應(yīng)力場強度因子的臨界值.,是 中的最小值且趨于常值 .,是材料固有性能指標，是材料常數(shù).,只適用于線彈性，材料必須在小范圍屈服下失穩(wěn).,一.定義,22,二.試驗,標準：金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度標準測試方法 （美國材料試驗協(xié)會）,:中國標準,1.試件,a.三點彎曲試件,23,b.緊湊拉伸試件,美國 標準中的標準試件,c四點彎曲試件 拱形三點彎曲試件 單邊切口拉伸試件 中心切口拉伸試件 圓周切口桿狀拉伸,24,2.測試原理,載荷,裂紋張開位移,3.測試方法步驟,加工并預(yù)制裂紋 在試件切開張開端安裝位移傳感器 將試件放于試驗機上 連接 記錄儀 加載試驗，記錄 曲線 當試件不能承受更大載荷為止，記錄最大,25,4.試驗數(shù)據(jù)分析,a.裂紋長度的確定,要求：,b. 的確定,（1）做切線OA,（2）做割線OPS，斜率 比切線