疲劳与断裂力学绪论.pptx

会计学1疲劳与断裂力学绪论疲劳与断裂力学绪论第一章 绪 论第1页/共17页机械、结构等 受力如何？如何运动？如何变形？破坏？如何控制设计？目的目的：了解工程系统的性态了解工程系统的性态 并为其设计提供合理的规则并为其设计提供合理的规则。工程力学工程力学（或者应用力学）（或者应用力学）是是:将力学原理应用实际工程系统的科学将力学原理应用实际工程系统的科学。性态规则回顾第2页/共17页受力如何？受力如何？如何运动？如何运动？理论力学、振动理论等，理论力学、振动理论等，研究对象为刚体；研究对象为刚体；基本方程是平衡方程、运动方程等。基本方程是平衡方程、运动方程等。如何变形？破坏？如何变形？破坏？材料力学、弹性力学、塑性力学等，材料力学、弹性力学、塑性力学等，研究对象为变形体；研究对象为变形体；基本方程是平衡方程、物理方程、几何方程等。基本方程是平衡方程、物理方程、几何方程等。连续性假设连续性假设第3页/共17页有缺陷怎么办？有缺陷怎么办？研究含缺陷材料的强度研究含缺陷材料的强度 -断裂断裂多次载荷作用下如何破坏？多次载荷作用下如何破坏？研究多次使用载荷作用下的破坏研究多次使用载荷作用下的破坏 -疲劳疲劳缺陷从何而来？缺陷从何而来？材料固有或使用中萌生材料固有或使用中萌生 -疲劳与断疲劳与断裂裂第4页/共17页按静强度设计，满足，为什么还发生破坏？19世纪30-40年代，英国铁路车辆轮轴在轴肩处 （应力仅为0.4 ys）多次发生破坏 1954年1月,英国慧星(Comet)号喷气客机坠入地 中海（机身舱门拐角处开裂）第5页/共17页 1967年12月15日，美国西弗吉尼亚的 Point Pleasant桥倒塌，46人死亡 1980年3月27日，英国北海油田Kielland 号钻井 平台倾复；127人落水只救起 89人 二次大战期间，400余艘全焊接舰船断裂。主要原因是由缺陷或裂纹导致的断裂主要原因是由缺陷或裂纹导致的断裂!第6页/共17页 轴轴 叶轮叶轮 疲劳断裂破坏疲劳断裂破坏第7页/共17页 转子轴转子轴 疲劳开裂疲劳开裂 疲劳断裂破坏疲劳断裂破坏第8页/共17页 飞机整机结构强度实验机翼破坏实验 飞机整机结构强度实验机身破坏实验 第9页/共17页静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式中最为关注的基本失效模式。控制疲劳强度、断裂强度的是什么？控制疲劳强度、断裂强度的是什么？第10页/共17页什么是疲劳？什么是疲劳？应力定义为应力定义为“单位面积上所承受的附加内力单位面积上所承受的附加内力”。应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象 ASTM E206-72什么是应力？什么是应力？疲疲劳劳是在某点或某些点承受交交变变应应力力，且在足够多的循环作用之后形成裂裂纹纹或完全断裂的材料中所发生的局部局部永久结构变化的发展过程发展过程。第11页/共17页研究目的：预测寿命研究目的：预测寿命。N=Ni+Np 裂纹萌生+扩展疲劳问题的特点与研究目的：疲劳问题的特点与研究目的：交变应力，高应力局部，裂纹，发展过程。特点：特点：只有在交变应力作用下，疲劳才会发生只有在交变应力作用下，疲劳才会发生交变应力，是指随时间变化的应力。也可更一般地称为交变载荷，载荷可以是力、应力、应变、位移等。第12页/共17页 破坏起源于高应力、高应变局部破坏起源于高应力、高应变局部应力集中处，常常是疲劳破坏的起源。应力集中处，常常是疲劳破坏的起源。要研究要研究细节处的应力应变细节处的应力应变。静载下的破坏，取决于结构整体；疲劳破坏则由应力或应变较高的局部开始，形成损伤并逐渐累积，导致破坏发生。可见，局部性是疲劳的明显特点。因此，要注意细节设计，研究细节处的应力应变，尽可能减小应力集中。第13页/共17页什什么么是是断断裂裂力力学学？断裂力学问题的提出断裂力学问题的提出 结构方面表观因素:缺陷、裂纹、工况有应力集中部位低温环境经典强度条件满足厚截面（平面应变、三轴）突然、灾难性 材料方面内在因素：材料性能及其变化抵抗裂纹扩展的能力低温 脆断高强度钢 低应力脆断裂尖 承载能力厚度 承载能力构件的缺陷和裂纹是导致构件脆断的主要根源构件的缺陷和裂纹是导致构件脆断的主要根源构件自身抵抗裂纹扩展的能力制约着构件裂纹扩展的难易程度构件自身抵抗裂纹扩展的能力制约着构件裂纹扩展的难易程度第14页/共17页传统材料力学的强度问题传统材料力学的强度问题传统材料力学的强度问题传统材料力学的强度问题两大假设：两大假设：两大假设：两大假设：均匀、连续均匀、连续均匀、连续均匀、连续第15页/共17页断裂力学断裂力学断裂力学断裂力学均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处均匀性假设仍成立，但且仅在缺陷处不连续不连续不连续不连续第16页/共17页