损伤与断裂力学

中 国 矿 业 大 学 2 0 1 1 级 硕 士研究生课程考试试卷 考试科目 损伤与断裂力学 考试时间 2011.12 学生姓名 韩晓丽 学 号 ZS10030121 所在院系 力建学院 任课教师 高 峰 中国矿业大学研究生院培养管理处印制 成 绩 第一部分 断裂力学 第一章 引 言 1.1 影响断裂的两大因素---载荷大小和裂纹长度 考虑含有一条宏观裂纹的构件，随着服役时间后使用次数的增加，裂纹总是愈来愈长。在工作载荷较高时，比较短的裂纹就有可能发生断裂；在工作载荷较低时，比较长的裂纹才会带来危险。这表明表征裂端区应力变场强度的参量与载荷大小和裂纹长短有关，甚至可能与构件的几何形状有关。 1.2 断裂力学研究内容 随时间和裂纹长度的增长，构件强度从设计的最高强度逐渐地减少。假设在储备强度 A 点时，只有服役期间偶而出现一次的最大载荷才能使构件发生断裂；在储备强度 B 点时，只要正常载荷就会发生断裂。因此，从 A 点到 B 点这段期间就是危险期，在危险期中随时可能发生断裂。如果安排探伤检查的话，检查周期就不能超过危险期。 1.3 脆性断裂和韧性断裂 韧度（tou ghness）：是指材料在断裂前的弹塑性变形中吸收能量的能力。它是个能量的概念。 脆性（brittle）和韧性（du ctile）：一般是相对于韧度低或韧度高而言的，而韧度的高低通常用冲击实验测量。 高韧度材料比较不容易断裂，在断裂前往往有大量的塑性变形。如低强度钢，在断裂前必定伸长并颈缩，是塑性大、韧度高的金属。金、银比低强度钢更容易产生塑性变形，但是因为强度太低，因此吸收能量的能力还是不高的。玻璃和粉笔则是低韧度、低塑性材料，断裂前几乎没有变形。 如图所示的一个带环形尖锐切口的低碳钢圆棒，受到轴向拉伸载荷的作用，在拉断时，没有明显的颈缩塑性变形，断裂面比较平坦，而且基本与轴向垂直，这是典型的脆性断裂。粉笔、玻璃以及环氧树脂、超高强度合金等的断裂都属于脆性断裂这一类。 反过来说，若断裂前的切口根部发生了塑性变形，剩余截面的面积缩小（既发生颈缩），段口可能呈锯齿状，这种断裂一般是韧性断裂。前边提到的低强度钢的断裂就属于韧性断裂。 1.4 韧性断裂与脆性断裂之比较 脆性断裂时的载荷与变形量一般呈线性关系，在接近最大载荷时才有很小一段非线性关系。脆性断裂的发生是比较突然的，裂纹开始扩展的启裂点与裂纹扩展失去控制的失稳断裂点非常接近。裂纹扩展后，载荷即迅速下降，断裂过程...