疲劳与断裂断裂失效与断裂控制设计PPT学习教案.pptx

会计学
1
疲劳与断裂断裂失效与断裂控制设计
2
K
f
a
W
a
=
(
,
)
L
s
p
£
K
c
1
断裂判据：
抗力
作用
作用 K=f (s, a, ...) 由力学分析得到；
弹性力学方法，有限元法，手册等。
抗力 K1C 由材料断裂实验获得；
按标准试验方法 ( 如GB4161-84 ) 。
第1页/共29页
3
材料的断裂韧性 K1c
L=4W
W
a
P
三点弯曲（B=W/2）
1）标准试件 ( GB4161-84 )
应力强度因子：
]
)
(
7
.
38
)
(
6
.
37
)
(
8
.
21
)
(
6
.
4
)
(
9
.
2
[
2
/
9
2
/
7
2
/
5
2
/
3
2
/
1
2
/
3
W
a
W
a
W
a
W
a
W
a
BW
PL
K
+
-
+
-
=
2孔f
P
P
a
W



紧凑拉伸（B=W/2）
裂纹预制:电火花切割一切口，。用疲劳载荷预制裂纹，应使Da  。
疲劳载荷越小，裂纹越尖锐，所需时间越长。为保证裂纹足够尖锐，要求循环载荷中Kmax<(2/3)K1c。
第2页/共29页
4
X-Y记录仪
P
V
2）试验装置
监测载荷P、裂纹张开位移V，得到试验 P-V曲线，确定裂纹开始扩展时的载荷PQ和裂纹尺寸a，代入应力强度因子表达式，即可确定Kc。
P
P
试件
试验机
放大器
力传感器输出P
引伸计输出V
第3页/共29页
5
3) PQ的确定：
若在P5前无载荷大于P5， 则取 PQ=P5；
若在P5前有载荷大于P5， 则取该载荷为 PQ。
作比P-V线性部分斜率小5%的直线，交P-V于P5。
Pmax
P
0
V
P5
0
0
P5
Pmax
PQ=Pmax
Pmax
PQ
PQ=P5
P5
试验有效条件
Pmax / PQ<
第4页/共29页
6
预制裂纹的前缘一般呈弧形，故实际裂纹尺寸应打开试件断口后测量值确定。
四等分厚度，用工具显微镜量取五个处裂纹尺寸，取
a=(a2+a3+a4)/3 ;
4) 裂纹尺寸a的确定：
B
W
a1
a2
a3
a4
a5
为保证裂纹的平直度，还要求满足：
[a-(a1+a5)/2]
第5页/共29页
7
讨论：厚度的影响
实验表明，材料断裂时应力强度因子Kc与试件的厚度B有关。
K
K
1c
B
K
c
平面
应变区
平面应变：厚度足够大时，沿厚度方向的变形被约束在垂直于厚度方向的平面内，可以不计。
厚度B ， Kc ；
B> (K1c/sys)2后，
Kc最小，
平面应变断裂韧性K1c。
K1c是材料的平面应变断裂韧性，是材料参数；
Kc是材料在某给定厚度下的临界断裂值。
第6页/共29页
8
平面应变厚度要求： B> (K1c/sys)2
预制裂纹尺寸： Da>；
<a0+Da<
预制裂纹时的疲劳载荷： Kmax< (2/3)K1c