断裂力学绪论ppt课件.ppt

《断裂力学绪论ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《断裂力学绪论ppt课件.ppt（42页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用北京交通大学土建学院力学系北京交通大学土建学院力学系 2012-2-15断裂力学断裂力学（Fracture Mechanics）经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加

2、赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用北京交通大学工程力学研究所北京交通大学工程力学研究所 柯燎亮柯燎亮A.A.什么是力学什么是力学 (Mechanics)？力学是关于力、运动及其关系的科学。力学是关于力、运动及其关系的科学。力学研究自然界和工程中介质变形、流动的宏力学研究自然界和工程中介质变形、流动的宏-微观行为，揭示机微观行为，揭示机械运动及其与物理、化学、生物学过程的相互作用规律。械运动及其与物理、化学、生物学过程的相互作用规律。力学为人类认识自然和生命现象、开拓工程设计提供理论与方法力学为人类认识自然和生命现象、开拓工程设计提供理论与方法，是人类科学知识体系的重要组成部分，对

3、科学技术的发展具有，是人类科学知识体系的重要组成部分，对科学技术的发展具有重要的引领支撑和推动作用！。重要的引领支撑和推动作用！。优秀的力学工作要超前工业技术二、三十年优秀的力学工作要超前工业技术二、三十年 !力学的研究方法：实验观测理论分析力学建模数值计算相力学的研究方法：实验观测理论分析力学建模数值计算相结合。结合。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用B.B.力学的分类

4、力学的分类力学按所研究的对象区分为：固体力学、流体力学和一般力学。力学按所研究的对象区分为：固体力学、流体力学和一般力学。流体包括液体和气体，固体力学和流体力学统称为连续介质力学流体包括液体和气体，固体力学和流体力学统称为连续介质力学。固体力学和流体力学从力学分出后余下的为一般力学。固体力学和流体力学从力学分出后余下的为一般力学。(1)(1)固体力学固体力学(Solids Mechanics):(Solids Mechanics):研究可变形固体在载荷、温度研究可变形固体在载荷、温度等作用下的应力、应变、位移、稳定、破坏等规律的学科。等作用下的应力、应变、位移、稳定、破坏等规律的学科。材料力学

5、材料力学(Mechanics of Materials):(Mechanics of Materials):固体力学中最早发展起来的固体力学中最早发展起来的一个分支，它研究材料在外力作用下的力学性能、变形状态和破一个分支，它研究材料在外力作用下的力学性能、变形状态和破坏规律，为工程设计中选用材料和选择构件尺寸提供依据。坏规律，为工程设计中选用材料和选择构件尺寸提供依据。弹性力学弹性力学(Theory of Elasticity):(Theory of Elasticity):是研究弹性物体在外力作用下是研究弹性物体在外力作用下的应力场、应变场以及有关的规律。的应力场、应变场以及有关的规律。经营

6、者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用弹性变形：即物体承受外力后发生变形，并且其内部各点的应力和应变之间是一一对应的，外力除去后，物体恢复到原有形态 塑性力学塑性力学(Theory of Plasticity):(Theory of Plasticity):是研究固体受力后处于塑性变是研究固体受力后处于塑性变形状态时，塑性变形与外力的关系，以及物体中的应力场、应变形状态时，塑性变

7、形与外力的关系，以及物体中的应力场、应变场以及有关规律。场以及有关规律。塑性变形：即物体承受外力后发生变形，外力除去后，变形一部分消失，一部分残留。断裂力学断裂力学(Fracture Mechanics):(Fracture Mechanics):研究工程结构裂纹尖端的应力场研究工程结构裂纹尖端的应力场和应变场，并和应变场，并 由此分析裂纹扩展的条件和规律。由此分析裂纹扩展的条件和规律。复合材料力学复合材料力学(Mechanics of Composites):(Mechanics of Composites):是研究现代复合材料是研究现代复合材料构件，在各种外力作用和不同支持条件下的力学性能

8、、变形规律构件，在各种外力作用和不同支持条件下的力学性能、变形规律和和 设计准则。设计准则。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)(2)流体力学流体力学(Fluid Mechanics):(Fluid Mechanics):研究流体在各种力作用下的的平研究流体在各种力作用下的的平衡和运动规律及其应用的学科。衡和运动规律及其应用的学科。水力学、水动力学、空气动力学、渗流力

9、学等。水力学、水动力学、空气动力学、渗流力学等。(3)(3)一般力学一般力学(General Mechanics):(General Mechanics):指以质点、质点系、刚体、刚指以质点、质点系、刚体、刚体系为研究对象的力学。体系为研究对象的力学。理论力学、分析力学、振动理论、刚体动力学等。理论力学、分析力学、振动理论、刚体动力学等。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

10、北京交通大学工程力学研究所北京交通大学工程力学研究所 柯燎亮柯燎亮力学和计算机结合：力学和计算机结合：计算力学、计算结构力学、计算流体力学等计算力学、计算结构力学、计算流体力学等力学和工程结合：力学和工程结合：土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料力学等土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料力学等力学和其它学科结合：力学和其它学科结合：物理力学、热弹性力学、化学渗流力学、生物力学、纳米力学等物理力学、热弹性力学、化学渗流力学、生物力学、纳米力学等交叉学科是目前力学研究的热点问题：交叉学科是目前力学研究的热点问题：虫洞、纳米材料虫洞、纳米材料力学生物力学、。力学生物力学、。经营者提供商品或者服务有欺

11、诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用断裂力学参考书目：断裂力学参考书目：程勒程勒 赵树山赵树山 断裂力学断裂力学王铎王铎 断裂力学断裂力学杨卫杨卫 宏微观断裂力学宏微观断裂力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消

12、费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.断裂力学是干什么的？想告诉我们什么？断裂力学是干什么的？想告诉我们什么？小实验：小实验：白纸白纸带刀口白纸带刀口白纸哪个容易拉断？哪个容易拉断？这些刀口就是一种缺陷，这种缺陷就称为这些刀口就是一种缺陷，这种缺陷就称为裂纹裂纹（Crack）为什么？为什么？为什么带有裂纹的纸容易拉断？在什么条件下拉断？这就是断裂力学研究的问为什么带有裂纹的纸容易拉断？在什么条件下拉断？这就是断裂力学研究的问题和告诉我们的东西。题和告诉我们的东西。因而断裂力学研究的就是带有裂纹的材料的破坏行为和何时破坏。断裂力学的产因而断裂力学研究的就是带有裂纹的材料的破坏行为和何时破坏。

13、断裂力学的产生就是为了解释这样的问题。生就是为了解释这样的问题。断裂力学是干什么的？想告诉我们什么？是怎样产生的？在工程中有什么用？研断裂力学是干什么的？想告诉我们什么？是怎样产生的？在工程中有什么用？研究思路？与其它力学学科有什么联系？有哪些内容？当前的发展状况？究思路？与其它力学学科有什么联系？有哪些内容？当前的发展状况？绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.

14、2.断裂力学的产生断裂力学的产生 2.1 2.1 从二战以来的若干断裂事故说起从二战以来的若干断裂事故说起1943-19471943-1947年年,美国近美国近500500艘全焊船艘全焊船10001000多起脆性破坏，多起脆性破坏，238238艘报艘报废。废。(总是在焊接缺陷等应力集中区域总是在焊接缺陷等应力集中区域,气温气温-3-3度、水温度、水温4 4 度易发生度易发生)19471947年，苏联年，苏联4500m4500m3 3石油储罐的底部和下部壳连接处，在气温降石油储罐的底部和下部壳连接处，在气温降到到4343度时大量裂纹。度时大量裂纹。（焊点应力集中、低温脆性、内外温差）（焊点应力集

15、中、低温脆性、内外温差）五十年代，美国北极星导弹固体燃料发动机壳体试验，发生爆炸。五十年代，美国北极星导弹固体燃料发动机壳体试验，发生爆炸。高强度合金，传统强度和韧性指标合格，爆炸时工作压力远低于许高强度合金，传统强度和韧性指标合格，爆炸时工作压力远低于许用应力。用应力。（宏观裂纹，裂纹源于焊裂、杂质等）（宏观裂纹，裂纹源于焊裂、杂质等）19631963年，美国年，美国F-111F-111飞机训练中，左翼脱落，飞机坠毁，而当时飞机训练中，左翼脱落，飞机坠毁，而当时飞行速度、负荷远低于设计指标。飞行速度、负荷远低于设计指标。（热处理不当、机翼枢轴出现缺（热处理不当、机翼枢轴出现缺陷，疲劳载荷，裂

16、纹）陷，疲劳载荷，裂纹）绪论绪论油轮断裂油轮断裂经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用20052005年年2 2月，美国停飞了月，美国停飞了3030架架E E型型C-130C-130“大力神大力神”飞机，另飞机，另外外6060架其他型号，包括某些架其他型号，包括某些E E型、型、H H型、型、H1H1型和型和HC-130P/NHC-130P/N型飞型飞机，美空军也决定处于受限

17、飞行状态。机，美空军也决定处于受限飞行状态。中央机翼盒结构在中央机翼盒结构在一系列检测中发现一系列检测中发现有裂纹，而且这些有裂纹，而且这些裂纹的数量在增多裂纹的数量在增多和程度加剧和程度加剧 绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用20122012年年1 1月，空客停飞月，空客停飞处于运营状态的处于运营状态的A380型客机型客机，下令，下令“体检体检”20架空客架空客

18、A380。空中客车公司空中客车公司1月月25日证实，设日证实，设计和制造缺陷导计和制造缺陷导致一些致一些A380型客型客机机翼部件出现机机翼部件出现裂纹裂纹 绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用船舶断裂镜头绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有

19、欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2 2.2 事故原因分析及断裂力学研究目的事故原因分析及断裂力学研究目的绪论绪论一系列严重灾难，这些事故中毁坏的结构是经过传统强度理一系列严重灾难，这些事故中毁坏的结构是经过传统强度理论严格设计的，为什么不断出现断裂呢？论严格设计的，为什么不断出现断裂呢？(低应力脆断低应力脆断)断裂力学之前（材料力学）：断裂力学之前（材料力学）：四个强度理论结构安全分析四个强度理论结构安全分析a.a.计算结构内的应力与变形；计算结构内的应力与变形；b.b.测定材料性能的常数测定材料性能的常数 ；塑性材

20、料；塑性材料；脆性材料；脆性材料；c.c.设计方法以连续性假设为基础；设计方法以连续性假设为基础；经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（屈服），（屈服），为屈服极限，塑性材料为屈服极限，塑性材料（破坏），（破坏），为强度极限，脆性材料为强度极限，脆性材料(循环加载循环加载)这些结构大多由高与超高强度材料制造，高强度钢屈服应力这些结构大多由高与超高强度材料制造，高强度钢屈服应

21、力，而普通钢仅，而普通钢仅200MPa，且材料韧性也很好，且材料韧性也很好绪论绪论疲劳极限疲劳极限经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l上述典型事故中，脆性断裂总是由宏观裂纹引起的；上述典型事故中，脆性断裂总是由宏观裂纹引起的；l这些裂纹要么由冶金夹杂物及加工和装配引起，要么由疲劳这些裂纹要么由冶金夹杂物及加工和装配引起，要么由疲劳载荷及工作环境引起；载荷及工作环境引起；l

22、对于大多数结构和零件来说，宏观裂纹的存在是不可避免的；对于大多数结构和零件来说，宏观裂纹的存在是不可避免的；l含裂材料的强度，取决于材料对裂纹扩展的抗力，这种抗力含裂材料的强度，取决于材料对裂纹扩展的抗力，这种抗力由材料的内部属性决定。由材料的内部属性决定。断裂力学的目的：就是应用弹塑性理论和新的实验技术，研究断裂力学的目的：就是应用弹塑性理论和新的实验技术，研究裂纹尖端附近的应力、应变场和裂纹的扩展规律。裂纹尖端附近的应力、应变场和裂纹的扩展规律。绪论绪论原因总结：原因总结：由此逐渐出现断裂力学的研究由此逐渐出现断裂力学的研究经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其

23、受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.3.断裂力学的研究对象断裂力学的研究对象3.1 3.1 宏观裂纹产生和发展的几个研究阶段：宏观裂纹产生和发展的几个研究阶段：绪论绪论1.环境（疲劳、腐蚀、温度等）影响，在构件应力集中处会产生宏微观裂纹；环境（疲劳、腐蚀、温度等）影响，在构件应力集中处会产生宏微观裂纹；2.材料中原有的缺陷；材料中原有的缺陷；3.加工过程出现的裂纹。加工过程出现的裂纹。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者

24、的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用断裂力学的理论基础：断裂力学的理论基础：弹性力学弹性力学塑性力学塑性力学粘弹性力学粘弹性力学3.2 3.2 断裂力学和材料力学的差别断裂力学和材料力学的差别 绪论绪论断裂力学是材料力学的发展和补充，材料力学研究完善的材料，断裂力学是材料力学的发展和补充，材料力学研究完善的材料，断裂力学研究带裂纹的材料，但两者的设计思想不同。差别如断裂力学研究带裂纹的材料，但两者的设计思想不同。差别如下：

25、下：经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用注意：由于断裂力学考注意：由于断裂力学考虑了裂纹，根据裂纹失虑了裂纹，根据裂纹失稳准则得到的断裂应力稳准则得到的断裂应力与传统强度条件得出的与传统强度条件得出的结果不一定相同。结果不一定相同。1 1）静载荷情况）静载荷情况绪论绪论KIC：断裂韧性：断裂韧性临界应力临界应力经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿

26、其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用绪论绪论例：有两种材料，第一种材料的例：有两种材料，第一种材料的s 和b较高，但是断裂韧性较高，但是断裂韧性KIC1种较低；第一种材料的种较低；第一种材料的s 和b较低，但是断裂韧性较低，但是断裂韧性KIC2较高。设较高。设计时候如何选取材料？计时候如何选取材料？KIC2KIC1a相同裂纹长度下：相同裂纹长度下：相同工作应力下：相同工作应力下：c2c1ac2ac1盲目追求高强度材料，并不能保证构件安全

27、可靠！盲目追求高强度材料，并不能保证构件安全可靠！根据材料力学强度理论：选取材料根据材料力学强度理论：选取材料1根据断裂力准则：选取材料根据断裂力准则：选取材料2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2 2）循环载荷情况）循环载荷情况传统的疲劳设计，是用光滑试件作传统的疲劳设计，是用光滑试件作S SN N曲线，求出下界限应力曲线，求出下界限应力 即即 疲劳极限。如果最大工作应

28、力满足下式疲劳极限。如果最大工作应力满足下式传统疲劳设计认为凡是有缺陷的构件都不能应用。传统疲劳设计认为凡是有缺陷的构件都不能应用。断裂力学认为：含裂纹构件，只有裂纹未达到临界长度仍可使用；在循环载荷断裂力学认为：含裂纹构件，只有裂纹未达到临界长度仍可使用；在循环载荷作用下，裂纹先缓慢扩展，直至达到临界长度，构件才失稳破坏。选用指标：作用下，裂纹先缓慢扩展，直至达到临界长度，构件才失稳破坏。选用指标：载荷每循环一周裂纹的扩展量，代表材料抵抗裂纹扩展的能力。载荷每循环一周裂纹的扩展量，代表材料抵抗裂纹扩展的能力。绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失

29、，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用断裂力学区分两种寿命，材料的断裂寿命为断裂力学区分两种寿命，材料的断裂寿命为裂纹发生寿命，裂纹发生寿命，剩余寿命。剩余寿命。若初始裂纹深度为若初始裂纹深度为 临界裂纹深度为临界裂纹深度为裂纹扩展速率裂纹扩展速率剩余寿命：剩余寿命：实验得到：实验得到：为循环载荷的最大与最小应力强度因子的差，或应力强度因子幅度为循环载荷的最大与最小应力强度因子的差，或应力强度因子幅度 绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当

30、按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3 3）腐蚀介质下的情况）腐蚀介质下的情况绪论绪论传统设计，是用光滑试件在腐蚀介质中做实验，记录应力与破坏时间曲线作传统设计，是用光滑试件在腐蚀介质中做实验，记录应力与破坏时间曲线作t t曲线，以下界限应力作为设计标准。不允许构件存在裂纹。曲线，以下界限应力作为设计标准。不允许构件存在裂纹。断裂力学认为：在腐蚀介质中，构件是否安全要看裂纹应力强度因子是否达到断裂力学认为：在腐蚀

31、介质中，构件是否安全要看裂纹应力强度因子是否达到或者超过腐蚀界限的应力强度因子，即：或者超过腐蚀界限的应力强度因子，即：剩余寿命：剩余寿命：应力腐蚀裂纹扩展率。应力腐蚀裂纹扩展率。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用总总之之：断断裂裂力力学学抛抛弃弃了了物物体体的的连连续续性性假假设设,而而从从物物体体中中含含有有裂裂纹纹这这一一前前提提出出发发,以以弹弹性性力力学学和和塑

32、塑性性力力学学为为理理论论工工具具,确确定定含含裂裂纹纹体体的的应应力力场场、位位移移场场分分布布,据据此此找找出出决决定定位位移移扩扩展展的的物物理理量量,同同时时,通通过过试试验验测测定定出出材材料料抵抵抗抗裂裂纹纹扩扩展展的的纯纯力力,并建立二者之间的关系并建立二者之间的关系,即建立断裂准则即建立断裂准则绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用绪论绪论4.4.断裂

33、力学在工程中的应用断裂力学在工程中的应用（1）对工程材料和结构提出新的强度观点和准则；提出新的实验）对工程材料和结构提出新的强度观点和准则；提出新的实验 测量方法和设计规范；测量方法和设计规范；（2）认为任何材料和结构总不可避免的有缺陷，断裂力学给人们）认为任何材料和结构总不可避免的有缺陷，断裂力学给人们 一种准则判断什么情况下有危险，什么情况下安全；一种准则判断什么情况下有危险，什么情况下安全；（3）预测材料和结构存在裂纹时，在外载荷作用下其剩余寿命；）预测材料和结构存在裂纹时，在外载荷作用下其剩余寿命；（4）找出延缓裂纹扩展和阻止断裂的方法；）找出延缓裂纹扩展和阻止断裂的方法；（5）提供设

34、计依据，保证结构在使用寿命期间是安全的。）提供设计依据，保证结构在使用寿命期间是安全的。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5.断裂问题的分类：断裂问题的分类：线弹性断裂力学线弹性断裂力学脆性断裂脆性断裂弹塑性断裂力学弹塑性断裂力学延性断裂（韧性断裂）延性断裂（韧性断裂）延延性性断断裂裂：断断裂裂前前有有明明显显的的屈屈服服现现象象，断断裂裂时时能能吸吸收收较较多多能能量量

35、，断裂断裂后有较大的永久变形。后有较大的永久变形。脆脆性性断断裂裂：断断裂裂前前没没有有明明显显的的屈屈服服现现象象，断断裂裂时时吸吸收收的的能能量量较较少，少，断裂断裂后没有或仅有很小的永久变形。后没有或仅有很小的永久变形。脆性断裂脆性断裂韧性韧性断裂断裂绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用绪论绪论脆性断裂的断裂面脆性断裂的断裂面延性断裂的断裂面延性断裂的断裂面经

36、营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5.5.断裂力学发展简史：断裂力学发展简史：(1)1913年，年，Inglis用线弹性理论计算了含椭圆孔无限大板受拉问题，按应力用线弹性理论计算了含椭圆孔无限大板受拉问题，按应力集中的观点解释了材料实际强度远低于理论强度是由于存在缺陷的缘故集中的观点解释了材料实际强度远低于理论强度是由于存在缺陷的缘故（他（他将物体内的缺陷理想化为椭圆切口）

37、。将物体内的缺陷理想化为椭圆切口）。绪论绪论(2)1921年，年，Griffith用能量平衡的观点研究了玻璃等脆性材料的裂纹扩展问用能量平衡的观点研究了玻璃等脆性材料的裂纹扩展问题，提出脆性材料裂纹扩展的题，提出脆性材料裂纹扩展的能量准则奠定了现代断裂力学。能量准则奠定了现代断裂力学。(3)1955年，年，Irwin提出了应力场强度观点，当应力强度因子达到临界值，结提出了应力场强度观点，当应力强度因子达到临界值，结构发生断裂，这就是构发生断裂，这就是应力强度因子准则应力强度因子准则。应力强度因子准则和能量准则构成了线弹性断裂力学的核心内容应力强度因子准则和能量准则构成了线弹性断裂力学的核心内容

38、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5.5.断裂力学发展简史：断裂力学发展简史：(1)1913年，年，Inglis用线弹性理论计算了含椭圆孔无限大板受拉问题，按应力用线弹性理论计算了含椭圆孔无限大板受拉问题，按应力集中的观点解释了材料实际强度远低于理论强度是由于存在缺陷的缘故集中的观点解释了材料实际强度远低于理论强度是由于存在缺陷的缘故（他（他将物体内的缺陷理想化为椭圆切口

39、）。将物体内的缺陷理想化为椭圆切口）。绪论绪论(2)1921年，年，Griffith用能量平衡的观点研究了玻璃等脆性材料的裂纹扩展问用能量平衡的观点研究了玻璃等脆性材料的裂纹扩展问题，提出脆性材料裂纹扩展的题，提出脆性材料裂纹扩展的能量准则奠定了现代断裂力学。能量准则奠定了现代断裂力学。Griffith(18931963)Griffith认为宏观材料强度的剧烈下降，主要原因认为宏观材料强度的剧烈下降，主要原因在于材料中存在大量在于材料中存在大量缺陷缺陷Griffith将将Inglis的数学解中椭圆的一个轴趋近于零，的数学解中椭圆的一个轴趋近于零，得到得到Griffith裂纹裂纹大量的实验验证，

40、理论实验结合提出大量的实验验证，理论实验结合提出G准则准则1921年发表著名论文：年发表著名论文：The phenomenon of rupture and flow in solids经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用绪论绪论(4)1963年，年，Erdogan和和Sih提出混合型裂纹扩展的最大提出混合型裂纹扩展的最大拉应力理论。拉应力理论。(5)1973年，年，Sih

41、提出混合型裂纹扩展的应变能密度理论。提出混合型裂纹扩展的应变能密度理论。(3)1955年，年，Irwin提出了应力场强度观点，当应力强度因子达到临界值，结提出了应力场强度观点，当应力强度因子达到临界值，结构发生断裂，这就是构发生断裂，这就是应力强度因子准则应力强度因子准则。应力强度因子准则和能量准则构成了线弹性断裂力学的核心内容应力强度因子准则和能量准则构成了线弹性断裂力学的核心内容GR Irwin(1907-1998)Irwin研究了裂纹尖端应力和位移渐近场；引进了应研究了裂纹尖端应力和位移渐近场；引进了应力强度因子（力强度因子（SIF）；建立了）；建立了K和和G的关系，从而将的关系，从而将

42、能量法与应力强度因子法（局部概念）等效起来能量法与应力强度因子法（局部概念）等效起来;Irwin还定义了还定义了I、II、III三种类型的裂纹。三种类型的裂纹。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用绪论绪论(6)1948年，年，Orowan和和Irwin各自独立地用能量的观点研究塑性材料的裂纹扩各自独立地用能量的观点研究塑性材料的裂纹扩展问题，提出了塑性材料裂纹扩展的判据展问

43、题，提出了塑性材料裂纹扩展的判据研究弹塑性断裂问题的开端研究弹塑性断裂问题的开端。(7)1960年，年，Dugdale运用运用Mushkelishvili的方法研究裂纹尖端的塑性区，建立的方法研究裂纹尖端的塑性区，建立了了DM模型模型。(8)1961年，年，Wells提出了裂纹张开位移准则，提出了裂纹张开位移准则，即即CODCOD准则，公认为弹塑性条件准则，公认为弹塑性条件下裂纹的起裂准则。下裂纹的起裂准则。(9)1963年，年，Bilby、Cottrel和和Swinden从位错概念出发研究裂纹尖端塑性区，从位错概念出发研究裂纹尖端塑性区，建立了建立了BCS模型模型。经营者提供商品或者服务有欺

44、诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用绪论绪论(10)1968年，年，Rice提出围绕裂纹尖端与路径无关的线积分，建立了提出围绕裂纹尖端与路径无关的线积分，建立了J J积分准则。积分准则。(11)1968年，年，Hutchinson与与Rice及及Rosengren分别发表了分别发表了I型裂纹裂尖应力、应型裂纹裂尖应力、应变场的弹塑性分析，即著名的变场的弹塑性分析，即著名的HRRHRR奇异解。奇异解。

45、School of Engineering and Applied Sciences(SEAS),Harvard University 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用目前断裂力学研究已经过了发烧期，处于向深度发展阶段！目前断裂力学研究已经过了发烧期，处于向深度发展阶段！经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者

46、购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.6.讲授的内容讲授的内容第一章第一章 线弹性断裂力学线弹性断裂力学第二章第二章 求应力强度因子的各种计算方法求应力强度因子的各种计算方法第三章第三章 弹塑性断裂力学弹塑性断裂力学第四章第四章 疲劳裂纹的扩展疲劳裂纹的扩展第五章第五章 在环境下裂纹的扩展在环境下裂纹的扩展第六章第六章 断裂力学实验断裂力学实验第七章第七章 断裂力学在工程中的应用断裂力学在工程中的应用绪论绪论经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔

47、偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用讲授内容安排：讲授内容安排：经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用谢 谢！经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商

48、品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用固体材料的理论断裂强度固体材料的理论断裂强度1.固体材料的理论断裂强度指在固体材料的理论断裂强度指在理论上可能达到的最高值。固理论上可能达到的最高值。固体材料的理论断裂强度可根据体材料的理论断裂强度可根据固体物理学的双原子作用力模固体物理学的双原子作用力模型近似计算出来。即从原子间型近似计算出来。即从原子间结合力入手。因为只有克服了结合力入手。因为只有克服了原子间结合力，材料才有可能原子间结合力，材料才有可能发生断裂。发生断裂。材料结构中任何

49、两个相邻原子之材料结构中任何两个相邻原子之间都同时存在着斥力和引力的间都同时存在着斥力和引力的作用，斥力和引力的大小都随作用，斥力和引力的大小都随原子间距离变化而变化。原子间距离变化而变化。吸引力吸引力 排斥力排斥力O 间距间距经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用u斥力和引力并不是时时处处都斥力和引力并不是时时处处都相等的，二者间相互消涨的结果相等的，二者间相互消涨的结果得

50、到原子间净约束力随原子间距得到原子间净约束力随原子间距离的变化关系。离的变化关系。u原子间净约束力在原子间净约束力在xb时为零。时为零。称称b为原子间的平衡距离。为原子间的平衡距离。u当当xb 时，原子间净约束力表时，原子间净约束力表现为斥力。现为斥力。u当当xb 时，原子间净约束力表时，原子间净约束力表现为引力。现为引力。u欲使处于平衡状态的一对原子欲使处于平衡状态的一对原子之间的距离减小，外界必须提供之间的距离减小，外界必须提供一个压应力作用；欲使处于平衡一个压应力作用；欲使处于平衡状态的一对原子之间的距离增大，状态的一对原子之间的距离增大，外界则必须提供一个拉应力。外界则必须提供一个拉应