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什么是斷裂力學(xué)?斷裂力學(xué)的分類有哪些? 斷裂力學(xué)與材料力學(xué)的關(guān)系?

工程中的斷裂事故


(1)1969年美國F-111飛機(jī)在執(zhí)行飛行訓(xùn)練途中,做投彈恢復(fù)動作時,左翼脫落導(dǎo)致飛機(jī)墜毀。當(dāng)時的飛行速度、總重量和過載等指標(biāo)遠(yuǎn)低于設(shè)計指標(biāo),經(jīng)檢查分析后發(fā)現(xiàn)是制造時熱處理不當(dāng),機(jī)翼樞軸出現(xiàn)缺陷,漏檢后經(jīng)疲勞載荷作用,裂紋繼續(xù)擴(kuò)展,造成低應(yīng)力破壞。


(2)美國二戰(zhàn)期間2500艘自由輪,700艘嚴(yán)重破壞,145艘斷成兩段,部分在平靜的海面發(fā)生,均采用高強(qiáng)度材料。事后分析發(fā)現(xiàn),焊接接頭處的應(yīng)力集中,在溫度降低時沖擊韌性降低,斷裂容易發(fā)生。


(3)1938年比利時費廉爾大橋斷成三截。

……


什么是斷裂力學(xué)?


大量研究指出,脆斷總是由宏觀裂紋引起的,而對于大多數(shù)零件和結(jié)構(gòu)來說,宏觀裂紋的存在是不可避免的。帶裂紋材料的強(qiáng)度取決于材料對裂紋擴(kuò)展的抗力,這種抗力由材料內(nèi)部屬性決定。應(yīng)用彈、塑性理論和新的試驗技術(shù),研究裂紋尖端附近的應(yīng)力、應(yīng)變場和裂紋的擴(kuò)展規(guī)律,即為斷裂力學(xué)。


構(gòu)件斷裂的過程


(1)裂紋的生成:① 在環(huán)境(疲勞、腐蝕、應(yīng)力、溫度等)的影響下,在構(gòu)建的應(yīng)力集中處產(chǎn)生宏觀的微小裂紋;② 材料自身的缺陷;③生產(chǎn)加工過程出現(xiàn)的裂紋。


(2)裂紋的亞臨界擴(kuò)展:在環(huán)境的影響下,構(gòu)件服役過程中宏觀微小裂紋逐漸緩慢擴(kuò)展。


(3)裂紋開始:在應(yīng)力作用下,裂紋逐漸擴(kuò)展,達(dá)到臨界長度,構(gòu)件突然失穩(wěn)破壞。


(4)裂紋傳播:失穩(wěn)的裂紋以高速傳播,速度可達(dá)在材料中聲速的1/4。


(5)裂紋停止:裂紋失穩(wěn)后可以穿過整個結(jié)構(gòu),使結(jié)構(gòu)件破壞;或在一定條件下,裂紋停止。


斷裂力學(xué)的分類



斷裂力學(xué)的目的


斷裂力學(xué)力學(xué)角度研究斷裂過程的各個階段,在大量試驗的基礎(chǔ)上研究帶裂紋材料的斷裂韌度和裂紋生成、擴(kuò)展、失穩(wěn)、止裂等規(guī)律,為產(chǎn)品提供更安全的設(shè)計。



斷裂力學(xué)與材料力學(xué)的關(guān)系:


斷裂力學(xué)雖然與材料力學(xué)類似,但他們的主要設(shè)計思想還是不一樣的,這是最近的一份筆記(字跡比較丑,大家將就看看,看不懂的可以在討論區(qū)留言),本文從構(gòu)件不同的受力狀態(tài)簡單記錄關(guān)于斷裂力學(xué)與材料力學(xué)的差異。



雖然將斷裂力學(xué)分為宏觀和微觀兩方面,但在實際使用中并不用分得那么清楚,很多情況下,宏觀斷裂也需要用微觀機(jī)理來解釋。


通過斷裂力學(xué)的學(xué)習(xí),可以讓我們對斷裂規(guī)律有更進(jìn)一步的認(rèn)識,對缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度和壽命的分析,對指導(dǎo)前期材料設(shè)計有著重要的意義,也更貼近實際。根據(jù)實際應(yīng)力計算出缺陷的臨界值,可用來控制缺陷的探傷要求;計算得出的材料剩余壽命,可用來指導(dǎo)選材及估算構(gòu)件使用壽命。


信息來源:網(wǎng)絡(luò)和《斷裂力學(xué)》


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