Transcript 线弹性断裂力学综述
材料强度学课堂展示 LOGO 线弹性断裂力学综述 综述小组成员： 冯文超 高 云 纪焕丽 李 博 李兰婷 2013208013 2013208015 2013208026 2013208030 2013208034 指导教师：王吉会教授 2013年9月22日 Contents 3 1 断裂力学简介 2 线弹性断裂力学简介 3 研究现状 4 线弹性断裂力学的应用 裂纹造成的危害 裂纹造成的危害 断裂力学简介 传统的设计思想把材料视为无缺陷的理想连续 体，而现今工程实际中的构件或材料都不可避免地 存在着缺陷和裂纹，因而实际构件的真实强度大大 低于理想模型的强度。 断裂力学则是从构件或材料内部存在的缺陷或 裂纹出发，弥补了传统设计思想的严重不足。 断裂力学的发展解决了许多工程中灾难性的 低应力脆断问题，已成为失效分析的重要研究方 法之一。 断裂力学简介 断裂力学是以变形体力学为基础，研究含缺 陷（或裂纹）材料和结构的抗裂纹性能，以及 在各种工作条件下裂纹的平衡、扩展、失稳及 止裂规律的一门学科。 断裂力学的分类：线弹性断裂力学、弹塑性 断裂力学、刚塑性断裂力学、粘弹性断裂力学、 断裂动力学、复合材料断裂力学等分支。 断裂力学的发展 线弹性断裂力学简介 要求： 1.线弹性裂纹固体，要求裂纹内各点的应力和应变 的关系都是线性的(遵守Hooked定律) 2.塑性区尺寸远小于裂纹的尺寸，经过适当的修正 例子： 1.脆性材料，如玻璃、陶瓷、岩石，及高强度钢等 材料 2.小范围屈服的金属材料，可用小范围屈服的塑性 修正断裂准则来计算 线弹性断裂力学简介 1.概念：常用来表征裂纹尖端附近区域应力场的 强弱，是判断裂纹是否将进入失稳状态的一个指标。 最常见 最危险 2.裂纹分类： I型(张开型) KⅠ 按力学特征分 Ⅱ型(滑开型) KⅡ Ⅲ型(撕开型) KⅢ 线弹性断裂力学简介 1.概念：I型裂纹发生失稳扩展时的临界应力强度 因子的下限值。是材料固有的性能,表征材料在线 弹性范围内,带裂纹工作时抵抗断裂的能力。 2.注意：由于理论计算中假定材料是完全线弹性 的，所以在应用应力强度因子理论时，要对 K 进 行一定的修正。 研究现状 Influence of environment on the fatigue crack growth behaviour of 12% Cr steel Material ：403/410 12%Cr martensitic steel (material for turbine blades) 研究现状 Environmental conditions： •In vacuum(ca.103Pa) and in air at room temperature ， in air at 90℃. •Aqueous solution：content of chloride and oxygen aerated/ deaerated/ demineralised •Different stress ratio R between -1 to 0.9 应力比: R=σmin/σmax 研究现状 研究现状 Results and discussion 1.FCGR measurements in vacuum and air ΔK= YΔ σ(πa)1/2 da C (Y a ) m 裂纹闭合效应 dN 研究现状 裂纹闭合效应 Crack closure： 裂纹扩展速率不仅受到裂纹顶端前缘态的制约, 而且也受到裂纹顶端后部裂纹面接触性质的影响。 1.塑性诱发裂纹闭合 2.氧化物诱发裂纹闭合 3.裂纹面粗糙诱发裂纹闭合 研究现状 研究现状 2. FCGR measurements in aqueous solutions at room temperature 研究现状 3. FCGR measurements in defined aqueous solutions at 90℃ 研究现状 线弹性断裂力学的应用 1.线弹性断裂力学原理在木材中应用的特殊性与 木材顺纹理断裂 2.基于线弹性断裂力学法分析焊接圆管节点的残 余寿命 3.基于线弹性断裂力学的 FRP－混凝土界面剥离 分析 4.线弹性断裂力学方法评定焊接接头根部的疲劳 强度 线弹性断裂力学的应用 1.线弹性断裂力学原理在木材中应用的特殊性与 木材顺纹理断裂 金属、陶瓷 ？ 木材 各向同性 线弹性断裂力学 ①裂纹方向与纤维方向一致 ②位移不是混合型 ③对于固定的裂纹与纤维的 方向，材料的复合参数是常 数 线弹性断裂力学的应用 2.基于线弹性断裂力学法分析焊接圆管节点的残 余寿命 焊接圆管节点 循环载荷 裂纹萌生 疲劳破坏 裂纹扩展 穿透管壁 危害：海洋平台中的油气运输管节点结构，当裂纹穿 残余寿命 透管壁后，油气会外泄而造成污染；而且此时管节点 结构的承载能力也会严重下降，影响它所支撑的平台 计方 结构的安全性。 算法 线弹性断裂力学方法 求解裂纹应力强度因子 LOGO