弹塑性断裂力学

1 第四章 弹塑性断裂力学 线弹性断裂力学把裂纹体看成理想的线弹性体，利用线弹性理论基础和方法，使其理论和实验技术迅速发展，已经在脆性断裂、疲劳等方面得到应用。但其仍有一定局限性。由于裂尖附近应力集中，必出现塑性区，若塑性区比裂纹尺寸小得多，属小范围屈服情况，可认为塑性区对弹性应力场影响不大。那么应力强度因子（或经修正）可用于表征裂尖附近应力场强度，并建立相应裂纹失稳扩展准则。但对于很多金属结构，裂尖附近会发生大范围屈服，塑性区与裂纹尺寸同数量级。此时线弹性断裂力学无法解决这类问题，需要弹塑性断裂力学来研究。 弹塑性断裂力学分为静止裂纹和缓慢扩展的裂纹两个方面。重点介绍静止裂纹问题。 线弹性断裂力学 ：  脆性材料或高强度钢所发生的脆性断裂  小范围屈服：塑性区的尺寸远小于裂纹尺寸 弹塑性断裂力学  大范围屈服:端部的塑性区尺寸接近或超过 裂纹尺寸，如 ：中低强度钢制 成的构件 ．  全 面屈服：材料处 于全 面屈服阶 段 ，如 ：压 力容 器 的接管 部位 . 弹塑性断裂力学的任 务 ：在大范围屈服下 ，确 定能 定量描 述 裂纹尖端区域 弹塑性应力，应变 场强度的参 量． 以 便 利用理论建立起 这些 参 量与裂纹几 何 特 性、外 加 载 荷 之 间 的关 系 ，通 过 试 验来测 定它 们 ，并最 后 建立便 于工 程 应用的断裂准则。 主 要包 括 COD 理论和J 积 分理论. §4.1 小范围屈服条 件 下 的COD 一、COD 模 型 COD-Crack-tip Opening Displacement 或 CTOD----裂纹张 开 位 移 。 裂纹体受 载 后 ，裂纹尖端附近的塑性区导 致 裂纹尖端表面张 开 ——裂纹张 开位 移 ：表达 材料抵 抗 延 性断裂能 力 1965 年 Wells。 定义 有多种 。 C ， C ——临 界 COD，材料常 数。 C 安 全 ，C 开 裂 COD 准则的优 点：工 程 适 应性强，且 COD 易 测 量，各 国 都 有 COD 测 量标 准。 缺 点：COD 定义 不确 切 ，且 所用D－ M 模 型 与实际 有差 别 。由于裂纹可以 继 续 扩展后 才 开 裂，COD 准则偏 保 守 。有人 认为 COD 准则不宜 在压 力容器 上 用，但现在还 在用。 COD 准则需解决的3 个问题： COD 的计 算 公 式 ; COD 的测 定; COD 准则的工 程 应用。 二 ...