材料疲劳与断裂回顾.ppt

2.2.2.4L和Q的物理意义2.3缺口敏感6.3.2疲劳极限缺口断裂力学和缺口断裂韧性2.1应力集中沿着孔的边沿，环向应力是破坏的起点衰减定律：缺口根部Kt最大，离开缺口根部越远，Kt越小，最大应力衰减越快
应力集中使得缺口前端的应力为
sy=s（1+2a/b）2.1.2物理图象2缺口前三向应力度产生的物理原因同理在z方向上产生sz,因而在缺口前沿产生三个方向的应力,如图所示.应力集中1.平面应力条件下缺口前的应力分布平面应变是有三向应力的一种特殊情况
Z方向应变为零，应力分布分析如下:原来sy=ss就屈服，
现在要sy=sx+ss
才屈服，即为了屈服所需应力增加，好象是屈服应力增加了,这就是应力强化,如图所示。因而在平面应变条件下缺口前的应力可以高于屈服应力.
应变集中应力集中、应力强化以及应变集中这三个物理因素就形成了一种机制使得缺口前的正应力可以高于屈服应力，而达到解理断裂应力，从而使

断裂发生在宏观屈服之前。

这些概念也就解决了一开始提出的为什么会在低应力下断裂和为什么低应变的脆性断裂。
断裂韧性的表征参量用弹性力学方法可以得到裂纹尖端附近任一点(r,)处的正应力x、y和剪应力xy为：控制断裂的基本因素平面应变断裂韧性KIC的测定具有更严格的技术规定。这些规定是根据线弹性断裂力学的理论提出的。一、实验设备二、实验试件KI=KIC裂纹前缘的KI是随着外加载荷P的增加面增大，当载荷P达到临界值PC时，裂纹失稳扩展，这时处在临界状态下的KI就称为材料的断裂韧性KIC，故试验中得到的P-V曲线，主要有三种类型，如图所示对于Ⅰ、Ⅱ类曲线，规定裂纹相对扩展时所对应的载荷作为临界载荷，即条件临界载荷PQ。在P-V曲线上，就是将曲线直线部分的斜率下降5%的割线，与P-V曲线相交的点即为裂纹相对扩展2%的点。该点作为条件临界载荷PQ。四、实验步骤绘制P-V曲线试验装置图（1）测量试件尺寸；（5）开动万能材料试验机，缓慢加载，记录仪自动绘制载荷一位移关系曲线，（1）计算条件应力强度因子KQ。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。3.5线弹性断裂力学的工程应用应用包括几个方面：抗断裂设计基本认识：Irwin给出的塑性区尺寸R为：

Dugdale给出裂纹尖端张开位移(CTOD)与作用
应力间的关系为：
与控制低应力脆断的K1c一样，临界CTOD值(c)可作为控制弹塑性断裂是否发生的材料参数。
以CTOD为控制参量的弹塑性断裂判据写为：
裂纹尖端张开位移可以通过实验测定。以裂纹尖端张开位移为基础，已经发展了一些
用于弹塑性断裂控制和缺陷评估的方法。
如中国“压力容器缺陷评定规范”中的CVDA安全
设计曲线、英国方法、日本规范等等。
弹塑性断裂问题复杂，仍在进一步研究。4.4.2、影响断裂韧度的因素
1、材料因素（内在因素）①晶体特征（晶体结构、位错）②化学成分③显微组织（晶粒大小，各相，第二相，夹杂）2、（外因）环境因素
温度、应变速度等。静应力与变应力☆变应力的种类☆稳定循环变应力的分类——疲劳宏观断口6.3.4影响疲劳性能的若干因素载荷类型对疲劳极限及疲劳裂纹扩展门槛值均有重要影响。不同材料有不同的疲劳曲线，σr、q、da/dN、KIC及Kth不同；材料的纯度及组织状态对疲劳抗力有显著影响同样可用高应力区体积的不同来解释。
应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力区域体积越大。
疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积越大，存在缺陷或薄弱处的可能越大。4.表面光洁度的影响零件的表面缺陷（如裂纹、刀痕等）对其强度影响不大，但疲劳极限有显著影响。材料强度越高，循环应力水平越低，寿命越长，效果越好。在缺口应力集中处采用,效果更好。镀铬或镀镍，引入残余拉应力，疲劳极限下降。
材料强度越高，寿命越长，镀层越厚，影响越大；6.工作温度2.高周恒幅载荷下（Paris理论）疲劳裂纹扩展速率的曲线6.4.3疲劳裂纹扩展寿命预测得到:已知a0,ac,给定寿命Nc,估算在使用工况(R)下所允许使用的最大应力smax。解：1.边裂纹宽板K的表达式：K=1.12s(pa)1/2