第一讲基础理论回顾.ppt

材料的损伤与断裂Damage and Fracture of Materials
(Teaching papers)
林高用
中南大学材料科学与工程学院
MSE, CSU

教学大纲
课程编号:250620421
课程性质:选修课
任课系/教师:材料加工系/林高用副教授、彭大暑教授
开课学期:春季
总学时:18学时(教学学时:18学时;自学学时:18学时)
周时数:2学时
学分数:1学分
预修课程:弹塑性力学,金属塑性加工原理,材料力学
教学大纲
课程主要内容简介:
断裂力学是材料科学与工程学科高层次人才必须了解的专业知识;材料损伤力学是在断裂力学的基础上,于近20几年才发展起来的一门新的学科,研究固体(或构件)在一定载荷作用与环境条件下,其内部微缺陷(微裂纹或微空洞)形核、发展、合并,直至产生宏观裂纹并最终导致材料破坏的过程与规律,是固体力学的一个新的分支。
该课程作为材料加工工程学科硕士研究生专业选修课程,将系统介绍材料的损伤与断裂的基本概念、发展概况、研究方法与理论及其工程应用。该课程将重点讲述裂纹尖端的应力场、Griffithi脆断理论、材料断裂判据、损伤程度的表征、韧性材料的损伤演变方程、疲劳损伤理论、复合材料的损伤规律、损伤因子的实验测定以及损伤力学在结构设计、材料成形极限预测等方面的应用。
通过该课程的学****使学生对材料的失效与破坏过程获得更系统清晰的理解,为从事材料科学的研究打下坚实的基础。
教学大纲
主要参考数目:
,金属的晶体缺陷与力学性能,冶金工业出版社,
1988
,宏微观断裂力学,国降工业出版社,1998
,韧性断裂细观力学的初步研究及其应用,国防工
业出版社,1995
,复合材料细观力学,科学出版社,1998
,损伤力学,华中理工大学出版社,1995
. M. Kachanov, 连续介质损伤力学
7. 黄克智、余寿文, 弹塑性断裂力学, 清华大学出版社,1989
考核方式:开卷考试
授课对象:材料加工及相近学科的硕士研究生
课程安排
第一讲:基础理论回顾
第二讲:理论断裂强度
第三讲:脆断理论
第四讲:线弹性断裂力学
第五讲:弹塑性断裂力学
第六讲:损伤力学基础
第七讲:损伤演变方程
第八讲:损伤机理
第九讲:复合材料的损伤与断裂
第一讲基础理论回顾Review of elementary theory
材料失效方式
断裂为材料(构件)失效(failure) 的三种方式之一。
磨损(wearing), 金属构件和其他部件相互作用,由于机械摩擦而引起的逐渐损坏。
腐蚀(corrosion), 金属材料或其制件在周围环境介质的作用下,逐渐产生的损坏或变质现象。
断裂(fracture), 是一个过程:
广义地,是指从微裂纹产生直至构件破断两部分的过程。
狭义地,是指从宏观裂纹形成到裂纹的扩展、合并直至构
件破断的过程。
两者的区别在于:是否将损伤算在内。
   损伤(damage):从微观裂纹形成到微裂纹扩展、合并形成宏观裂纹的过程。
本课程研究目的:  研究损伤与断裂的机理和规律;学****损伤与断裂的表征方法;预测构件的使用寿命,为防止事故发生及延长构件使用寿命提供设计依据
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三者既相对独立,又会发生交互作用:
腐蚀与断裂常相伴发生,如应力腐蚀开裂(SCC, Stress Corrosion Crack),这是指受拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介质中,由于腐蚀介质与应力的协同作用而发生的脆性断裂现象。
磨损与断裂也常常同时发生。磨损实际上是由一个个微小的断裂过程组成的。
广义地讲,材料或构件在失效前的所有劣化过程均为损伤。因此,损伤是失效的前提,失效是损伤积累到极限情况的必然结果。任何延缓损伤的措施均可提高材料或构件的服役寿命。
晶体学原理(Principles of Crystallography):
crystal lattice, metallic bond, slip systems, stacking fault, lattice constants, crystallographic indices, phase, diffusion, phase transformation, ordered or disordered solid solution, texture, orientation, fcc (Al, Cu, -Fe),bcc (-Fe, Cr, V, W),hcp (Zn, Mg, Be)
晶体缺陷(Defects in crystals):distortion
点缺陷(point defects): vacancy,