第一节断裂力学理论基础全解VIP免费

第八章压力容器缺陷安全评定第一节断裂力学基础一、断裂力学的形成与发展20世纪40年代到60年代，发生了大量的低应力脆断的压力容器事故，容器破坏时应力低于屈服极限、甚至低于许用应力。此类事故的特点：高强度钢或者厚的中低强度钢；低温下工作；断裂发生在焊接接头或应力集中处。直接的原因是结构中有裂纹存在，由于裂纹的扩展而引起破坏。第一节断裂力学基础一、断裂力学的形成与发展断裂力学是研究含裂纹物体的强度和裂纹扩展规律的科学。根据所研究的裂纹尖端附近材料塑性区的大小，可分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。线弹性断裂力学的理论基础：应力强度因子理论和Griffith能量理论。弹塑性断裂力学的理论基础：COD理论、J积分理论。●1913年，Ing1is(英格列斯)将物体内缺陷理想化为椭圆形切口，用线弹性理论计算了含椭圆孔无限大板受均匀拉伸的问题，按应力集中的观点解释了材料实际强度远低于理论强度是由于固体材料存在缺陷的缘故。●1921年，A．A．Griffith用弹性体能量平衡的观点研究了玻璃、陶瓷等脆性材料中的裂纹扩展问题，提出了脆性材料裂纹扩展的能量准则。●1955年，C．R．Irwin(欧文)提出应力场强度观点和应力强度因子断裂准则。该准则与Grwith能量准则构成了线弹性断裂力学的核心内容。●1963年，F．Erdogan(艾多甘)和G．CSih(薛昌明)提出混合型裂纹扩展问题的最大拉应力理论。1973年，薛昌明又提出混合型裂纹的应变能密度理论。一、断裂力学的形成与发展：线弹性断裂力学第一节断裂力学基础●1948年，Orowan(奥洛文)和Irwin各自独立地用能量观点研究塑性材料的裂纹扩展问题。他们认为，对于塑性材料，抵抗表面张力所作的功要比抵抗塑性变形作的功小很多，从而提出了塑性材料裂纹扩展的能量判据。●1960年，D．S.Dugdale(达格代尔)研究裂纹尖端的塑性区。●1961年，A．A．Wells(威尔斯)提出的裂纹张开位移(COD)准则。●1968年，J.R．Rice(赖斯)提出用围绕裂纹尖端的与路径无关的线积分来研究裂纹尖端的变形及J积分准则。●1968年，J．W．Hutchinson(哈钦森)及J．R．Rice与G．R．Rosengren(罗森洛伦)分别发表了I型裂纹尖端应力应变场的弹塑性分析，即著名的HRR奇异解，这是J积分可作为断裂准则的理论基础。●J积分准则与COD准则一样，也只能作为起裂准则。裂纹稳定扩展准则的建立则是当前这一领域的主要研究方向，已提出的准则：l型裂纹基于应变的稳定扩展准则、I型裂纹基于开口位移的稳定扩展准则。一、断裂力学的形成与发展：弹塑性断裂力学第一节断裂力学基础第一节断裂力学基础二、断裂力学与传统强度理论的区别材料裂纹情况断裂方式强度指标适用理论脆性材料无裂纹脆性断裂σb传统强度理论脆性材料有裂纹更脆性断裂KCⅠ线弹性断裂力学韧性材料无裂纹韧性断裂σs、σb传统强度理论韧性材料有裂纹小范围屈服修正后KCⅠ修正后线弹性断裂力学韧性材料有裂纹大范围屈服J、COD弹塑性断裂力学第八章压力容器缺陷安全评定三、线弹性断裂力学基本理论1、裂纹的类型裂纹是指构件局部地区的原子结合力遭到破坏而形成的界面所产生的缝隙。按几何特征分为：(a)穿透裂纹(b)埋藏裂纹(c)表面裂纹第八章压力容器缺陷安全评定三、线弹性断裂力学基本理论2、裂纹的开裂型式线弹性断裂分析是建立在弹性力学的基础上，研究的对象是带有裂纹的线弹性体。对于各种复杂的断裂形式，总可以分解成三种基本断裂类型的组合，这三种基本类型是Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型断裂。第八章压力容器缺陷安全评定Ⅰ型断裂属于张开型断裂，外加应力σ与裂纹垂直，在应力σ作用下，裂纹尖端张开，裂纹扩展方向与应力σ方向垂直。Ⅱ型断裂属于滑移型断裂，裂纹在平行于裂纹面的剪应力作用下，裂纹滑移扩展，且剪应力垂直于裂纹面的交线。Ⅲ型断裂属于撕裂型断裂，裂纹在垂直于裂纹方向的剪应力作用下错开扩展。第八章压力容器缺陷安全评定在三种断裂类型中，Ⅰ型断裂最常见，最基本，也最危险。因此在下面讨论中仅限于Ⅰ型断裂。图8-2三种基本断裂类型第八章压力容器缺陷安全评定3、裂纹尖端应力场及应力强度因子如图8-3所示，在无限平板中有一条长度为2a的穿透性裂纹，当它受到均匀拉应力σ的作用时，...