断裂力学第一章优秀PPT.ppt
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1、1你现在浏览的是第一页,共32页 线弹性断裂力学认为,材料和构件在断裂以前基本上处于弹性范围内,可以把物体视为带有裂纹的弹性体。研究裂纹扩展有两种观点:一种是能量平衡的观点能量平衡的观点,认为裂纹扩展的动力是构件在裂纹扩展中所释放出的弹性应变能,它补偿了产生新裂纹表面所消耗的能量,如GriffithGriffith理论理论;一种是应力场强度的观点应力场强度的观点,认为裂纹扩展的临界状态是裂纹尖端的应力场强度达到材料的临界值,如IrwinIrwin理论理论。2你现在浏览的是第二页,共32页 1.1 1.1 线弹性断裂力学的基本理论线弹性断裂力学的基本理论线弹性断裂力学的基本理论包括:Griffi
2、th理论,即能量释放率理论;Irwin理论,即应力强度因子理论。一、一、Griffith理理论论 1913年,Inglis研究了无限大板中含有一个穿透板厚的椭圆孔的问题,得到了弹性力学精确分析解,称之为Inglis解。1920年,Griffith研究玻璃与陶瓷材料脆性断裂问题时,将Inglis解中的短半轴趋于0,得到Griffith裂纹。3你现在浏览的是第三页,共32页 Griffith研究了如图所示厚度为B的薄平板。上、下端受到均匀拉应力作用,将板拉长后,固定两端。由Inglis解得到由于裂纹存在而释放的弹性应变能为4你现在浏览的是第四页,共32页 另一方面,Griffith认为,裂纹扩展形
3、成新的表面,需要吸收的能量为 其中:为单位面积上的表面能。可以得到如下表达式 临界状态 裂纹稳定 裂纹不稳定 5你现在浏览的是第五页,共32页对于平面应力问题,则根据临界条件,有或 得临界应力为 表示无限大平板在平面应力状态下,长为2a裂纹失稳扩展时,拉应力的临界值,称为剩余强度。6你现在浏览的是第六页,共32页临界裂纹长度 对于平面应变有 Griffith判据如下:(1)当外加应力 超过临界应力(2)当裂纹尺寸 超过临界裂纹尺寸 脆性物体断裂 7你现在浏览的是第七页,共32页二.Orowan与Irwin对griffith理论的解释与发展 Orowan在1948年指出,金属材料在裂纹的扩展过程
4、中,其尖端附近局部区域发生塑性变形。因此,裂纹扩展时,金属材料释放的应变能,不仅用于形成裂纹表面所吸收的表面能,同时用于克服裂纹扩展所需要吸收的塑性变形能(也称为塑性功)。设金属材料的裂纹扩展单位面积所需要的塑性功为,则剩余强度和临界裂纹长度可表示为 8你现在浏览的是第八页,共32页9你现在浏览的是第九页,共32页Irwin在1948年引入记号 外力功 释放出的应变能 能量释放率 能量释放率也称为裂纹扩展能力 准则 临界值,由试验确定 Irwin的理论适用于金属材料的准脆性破坏破坏前裂纹尖端附近有相当范围的塑性变形.该理论的提出是线弹性断裂力学诞生的标志.10你现在浏览的是第十页,共32页三三
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