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1、材料力学性能材料力学性能 哈哈尔尔滨滨工工业业大学材料学院大学材料学院 朱景川朱景川 S6-5 S6-5 断裂断裂韧韧性的性的测测定及其影响因素定及其影响因素 1.K1.KIC IC的 的测测定定 三点弯曲三点弯曲 紧紧凑拉伸凑拉伸 载载荷荷- -裂裂纹张纹张 开位移开位移(P-V)(P-V)曲曲线线 裂裂纹纹失失稳扩稳扩 展展载载荷的确定荷的确定 注意：注意： 试样尺寸：试样尺寸： 初始裂纹尖锐性初始裂纹尖锐性 ： 结果校核：结果校核： 2.2.影响因素影响因素 (1)(1)脆性断裂时表面能的影响较大脆性断裂时表面能的影响较大 (2)(2)塑性断裂时取决于裂纹前端塑性变形情况塑性断裂时取决于
2、裂纹前端塑性变形情况 第二相质点影响较大：第二相质点影响较大： KrafftKrafft模型模型 高高强强度金属材料度金属材料 裂裂纹纹敏感性？敏感性？ l 最大应力值： l 最小应力值： l 平均应力值： l 交变应 力幅： S7-1 S7-1 金属机械疲劳现象金属机械疲劳现象 第七章第七章 材料材料的疲的疲劳劳 1.1.交交变载变载 荷荷 交变应力的特征参量 ： 2. 疲劳劳断裂的特点 疲劳劳断裂是一种低应应力脆断，断裂应应力低 于材料的屈服强度，甚至低于材料的弹弹性 极限 断裂前没有明显显的塑性变变形，即使伸长长率 和断面收缩缩率很高的塑性材料也是如此 裂纹纹萌生、扩扩展和最后断裂三阶阶
3、段明显显， 是一个较长较长 期的发发展过过程； 疲劳劳断裂对对材料的表面和内部缺陷非常敏 感，裂纹纹萌生于表面缺陷处处； 实验实验 数据分散性较较大。 1988年，美Aloha 航空一架波音737-200在飞行中顶部脱落 。 影片“九霄惊魂” （Miracle Landing） 2011年4月1日，美西南航空812次航班波音737-300飞行途中 “开天窗” 3.3.疲疲劳劳断口特征断口特征 微微观观特征特征 ： 疲疲劳劳条条 纹纹 应应力循力循 环环 旋转弯曲疲劳试验装置旋转弯曲疲劳试验装置 S7-2 S7-2 高周疲劳高周疲劳 1.1.疲疲劳劳曲曲线线 疲劳试件疲劳试件 S S N N 曲
4、线曲线 有水平渐近线有水平渐近线如碳钢如碳钢 S 疲疲劳劳极限极限 ( (S S = = max max ) ) S S N N曲线曲线 O S 无水平渐近线无水平渐近线如有色金属如有色金属 N S N0 r 条件疲劳极限条件疲劳极限( ( 疲劳强度疲劳强度) ) N N 0 0 =10 =10 7 7 1010 8 8 疲疲劳劳寿命寿命设计设计 ： 长寿命长寿命 ： 有限寿命有限寿命 ： r r /n/n 过载过载 持久持久值值 BasquinBasquin经验经验 式式 疲疲劳试验劳试验 数据离散数据离散 性性 疲疲劳试验劳试验 数据的数据的统计处统计处 理：理： P-S-NP-S-N曲曲
5、 线线 AB: P=50%(AB: P=50%(中中值值疲疲劳劳曲曲线线); ); CDCD: P=0.01%; EF: P=0.1%: P=0.01%; EF: P=0.1% P:P:失效概率失效概率 1-P:1-P:存活率存活率 S7-3 S7-3 低周疲劳低周疲劳 1.1.包辛格效包辛格效应应 2.2.应应力力- -应变应变 循循环环 3.3. -N-N曲曲线线 S7-4 S7-4 疲劳断裂过程疲劳断裂过程 驻驻留滑移留滑移带挤带挤 出与出与挤挤入入 1.1.疲疲劳劳裂裂纹纹萌生萌生 晶界萌生裂晶界萌生裂纹纹 夹杂夹杂 物或第二相界面开裂物或第二相界面开裂 2.2.疲疲劳劳裂裂纹扩纹扩 展展 S7-5 S7-5 疲劳裂纹扩展速率疲劳裂纹扩展速率
