断裂力学与断裂韧性VIP免费

断裂力学与断裂韧性3.1 概述断裂是工程构件最危险的一种失效方式,尤其是脆性断裂,它是忽然发 生的破坏,断裂前没有明显的征兆,这就常常引起灾难性的破坏事故.自从四五 十年代之后,脆性断裂的事故明显地增加.例如,大家非常熟悉的巨型豪华客轮 —泰坦尼克号,就是在航行中遭遇到冰山撞击,船体发生忽然断裂造成了旷世悲 剧！根据传统力学设计,只要求工作应力.小于许用应力［.］,即.＜［.］, 就被认为是平安的了.而［.］,对塑性材料［.］=./2 对脆性材料［.］=./必 其中 n 为平安系数.经典的强度理论无法解释为什么工作应力远低于材料屈服强 度时会发生所谓低应力脆断的现象.原来,传统力学是把材料看成均匀的,没有 缺陷的,没有裂纹的理想固体,但是实际的工程材料,在制备、加工及使用过程 中,都会产生各种宏观缺陷乃至宏观裂纹.人们在随后的研究中发现低应力脆断总是和材料内部含有一定尺寸的裂 纹相联系的,当裂纹在给定的作用应力下扩展到一临界尺寸时,就会忽然破裂. 由于传统力学或经典的强度理论解决不了带裂纹构件的断裂问题,断裂力学就应 运而生.可以说断裂力学就是研究带裂纹体的力学,它给出了含裂纹体的断裂判 据,并提出一个材料固有性能的指标一一断裂韧性,用它来比拟各种材料的抗断 水平.3.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论3.2.1理论断裂强度金属的理论断裂强度可由原子间结合力的图形算出,如图 3-1.图中纵坐标表示原子间结合力,纵轴上方 为吸引力下方为斥力,当两原子间 距为a 即点阵常数时,原子处于平 衡位置,原子间的作用力为零.如 金属受拉伸离开平衡位置,位移越 大需克服的引力越大,引力和位移 的关系如以正弦函数关系表示,当 位移到达 Xm 时吸力最大以 0 c 表示, 拉力超过此值以后,引力逐渐减小,在位移到达正弦周期之半 5 时,原子间的作用力为零,即原子的键合已完全破坏, 到达完全别离的程度.可见理论断裂强度即相当于克服最大引力.「该力和位 移的关系为 07二%疝口加区以图中正弦曲线下所包围的面积代表使金属原子完全别离所需的能量.分离后形成两个新外表,外表能为产.可得出 假设以 y=1.0〃"=3.0x10%也代入,可算出""记"3.2.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论金属的实际断裂强度要比理论计算的断裂强度低得多,粗略言之,至少低一个数量级,即 10.陶瓷、玻璃的实际断裂强度那么更低.实际断裂强度低的原因是由于材料内部存在有裂纹.玻璃结晶后,由于 热应力产生固有的裂纹；陶瓷粉末在压制烧结时也不可防...