第三章第三章 裂纹的断裂准则裂纹的断裂准则 1裂纹的断裂准则裂纹的断裂准则:带裂纹的构件发生断裂的临界条件.3.1 3.1 单一型裂纹的断裂准则单一型裂纹的断裂准则一一. .阻力曲线法阻力曲线法 以平面应力为例说明 1.裂纹扩展的推动力与试件的类型有关 22.裂纹扩展阻力 裂纹扩展单位长度所需要消耗的能量. 裂纹扩展 测定 计算 阻力曲线 3.临界条件 只有 点是失稳的扩展条件 3二二. .能量判据能量判据三三. .应力强度因子判据应力强度因子判据 43.2 3.2 最大周向正应力理论最大周向正应力理论一一. .复合型裂纹断裂判据需要解决的问题复合型裂纹断裂判据需要解决的问题 裂纹沿什么方向扩展 确定开裂角; 裂纹在什么条件下开始扩展 确定临界条件 二二. .最大周向正应力判据最大周向正应力判据 1.1.假定假定:u 裂纹初始扩展沿着周向正应力 为最大的方向. u 当这个方向上的周向正应力的最大值 达到临界 时,裂纹开始扩展. 52.2.举例举例:、型复合裂纹 因 ,各项均趋于无穷大 取 圆周上各点的 6无实际意义 开裂条件: :由型裂纹的断裂韧性来确定. 临界失稳条件 73.3.几种特殊情况几种特殊情况a.型, b.型, c.中心斜裂纹的单向拉伸 沿裂纹面: 垂直裂纹面: 8给定 确定临界应力 93.3 3.3 能量释放率理论能量释放率理论判据,由帕立.尼斯威米(K.Palaniswamy)提出. 假设假设: :n 裂纹沿产生最大能量释放率的方向扩展.n 当在上述确定的方向上,能量释放率达到临界值时,裂纹 开始扩展. 纽斯曼(Nuismer)利用连续性假设研究了能量释放率与最大周向正应力之间的关系. 假设假设:沿 方向产生支裂纹, 平面应变下,裂纹沿本身平面扩展时的能量释放率为 10(沿裂纹方向扩展) 支裂纹的能量释放率为:令 假设支裂纹尖端的应力场趋近于扩展开始的原有裂纹尖端应力场. 11支裂纹沿 方向开始从原有裂纹扩展时的能量释放率 12根不是解 起始裂纹方向取于 周向应力取平稳值的方向与能量释放率取平稳值的方向 又当 13周向应力绝对值最大的方向是能量释放率最大的方向 临界条件 (平面应变) 143.4 3.4 应变能密度理论应变能密度理论 判据,薛昌明提出的基于局部应变能密度场断裂概念的 复合型判据. 一一. .应变能密度因子应变能密度因子 平面应变:、型复合型裂纹尖端附近的应力场,利用叠加原理 15弹性条件下:微元体 储存的应变能为 应变能密度 16应变能密度因子应变能密度因子表示裂纹尖端附近应力场密度切的强弱程度 17二二. .应变能密度因子判据应变能密度因子判据 假定假定: : 裂纹沿应变能密度因子最小方向(势能密度最大)开始扩展. 应变能密度因子达到临界值时,裂纹开始扩展. 型裂纹 18应力强度因子理论： 材料常数 型裂纹 19平面应变： 型裂纹 203.5 3.5 平面应变断裂韧度测定平面应变断裂韧度测定平面应变断裂韧度平面应变断裂韧度：弹性介质中，具有型裂纹的构件抵抗裂纹扩展的能力，或者说线弹性介质中，型裂纹前端附件应力场强度因子的临界值. n 是 中的最小值且趋于常值 . n 是材料固有性能指标，是材料常数. n 只适用于线弹性，材料必须在小范围屈服下失稳. 一一. .定义定义 21二二. .试验试验 标准：金属材料平面应变断裂韧度标准测试方法 （美国材料试验协会） :中国标准 1.试件a.三点弯曲试件22b.紧凑拉伸试件美国 标准中的标准试件 c四点弯曲试件 拱形三点弯曲试件 单边切口拉伸试件 中心切口拉伸试件 圆周切口杆状拉伸232.测试原理载荷 裂纹张开位移 3.测试方法步骤 l 加工并预制裂纹l 在试件切开张开端安装位移传感器l 将试件放于试验机上l 连接 记录仪l 加载试验，记录 曲线 l 当试件不能承受更大载荷为止，记录最大 244.试验数据分析a.裂纹长度的确定要求： b. 的确定 （1）做切线OA（2）做割线OPS，斜率 比切线斜率小5% 25（3）确定 若在 前,曲线各点小于 ，则 若在 前,曲线各点大于 ，则 （4）计算 满足，则有效，否则加大试件 （5）计算 （6）计算 26