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1、名词解释：1. 应力场强度因子：反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量称为应力强度因子。2. 能量释放率G：能量释放率是指裂纹由某一端点向前扩展一个单位长度时，平板每单位厚度所释放出来的能量。3. 断裂韧性：断裂韧性表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。4. 有效裂纹长度：由于裂纹尖端塑性区存在,会降低裂纹体的刚度,相当于裂纹长度增加， 采用虚拟的有效裂纹代替实际 裂纹,其长度为有效裂纹长度。5. 小范围屈服：塑性区尺寸较裂纹尺寸a及净截面尺寸为小时（小一个数量级以上），即小范围屈服。6. 低应力脆断：指有些高强度钢制造的零件，中、低强度钢制造的大零件，往往在工作应力远低
2、于屈服强度时发生的脆性 断裂。7. CTOD：裂纹临界张开位移。8. 8c :表示裂纹尖端张开位移，用来测试材料的韧度（韧性的度量）。9. /积分：有两种定义或表达式:一是线积分:二是形变功率差。10. I型裂纹：张开型裂纹指的是正应力垂直于裂纹面，扩展方向和正应力垂直。11. 柔性系数：在各种加载条件下，最大切应力和正应力的比值称为应力状态的柔性系数（也叫软性系数）a,即 =伽7。12. 解理断裂：裂纹沿解理面（低指数面，如bcc为100面）扩展而使晶体沿解理面分裂的一种脆性断裂方式。13. 沿晶断裂：裂纹沿多晶体的晶界发展而引起的断裂。14. 穿晶断裂：裂纹穿过晶粒扩展引起的断裂。15.
3、准解理断口：既没有沿晶特征也没有解理特征（即找不到河流、扇形、舌状花样）的脆性断口。16. 无位错区：裂尖前方位错密度等于零的区间，即无位错的区间。17. 位错像力：自由表面吸引位错的力。18. 位错塞集：位错运动遇到障碍（晶界、第二相粒子以及不动位错等）,如果其向前运动的力不能克服障碍物的力，位错 就会停在障碍物面前，由同一个位错源放出的其他位错也会被阻在障碍物前的现象。19. 反塞积群：离裂尖越远，位错越稀疏，即位错反塞积在无位错区的尾端，称为反塞积群。20. 疲劳断裂：由于在局部应力集中或强度较低部位首先产生裂纹，裂纹随后扩展导致的断裂。21. 贝纹线：疲劳断裂的工件中由于交变应力使裂纹
4、扩展，在裂纹源和瞬断区之间形成像贝壳表面的同心圆弧线，裂纹前沿 线弧状台阶痕迹，像一簇以疲劳源为圆心的平行弧线。22. 疲劳极限：经过无穷多次应力循环而不发生破坏时的最大应力值。23. 驻留滑移带：用电解抛光的方法很难将已产生的表面循环滑移带去除，当对式样重新循环加载时，则循环滑移带又会在 原处再现，这种永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。24. 高周疲劳：在应力较低，应变交变频率较高情况下产生的疲劳。25. 应力比：也叫应力循环对称系数，是对试件加载时的最小应力和最大应力之比。26. 应力腐蚀开裂：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的开裂。27. 阳极溶解型：若应力腐蚀阴极反应是吸
5、氧或者虽然是放氢，但进入试样的氢低于氢致开裂的临界值的应力腐蚀。28. 活性通路：在合金中存在的一条易于腐蚀的、大致连续的路线。29. Kiscc:临界应力强度因子。30. 氯脆：奥氏体不锈钢在含C7的溶液环境中发生脆断的简称。31. 硫脆：硫化物导致奥氏体不锈钢的应力腐蚀。32. 碱脆：碳钢在高温碱性溶液中及拉应力（残余的、外部的）作用下的脆性断裂。33. 沿晶应力腐蚀开裂：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的沿晶开裂。34. 穿晶应力腐蚀开裂：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的穿晶开裂。35. 氢脆：氢进入材料内部而引起材料的塑性下降的现象，也称氢损伤。36. 氢陷阱：指
6、钢中富集了氢的缺陷的位置。37. 晶格弱化机制：当氢进入金属中时，固溶的氢使晶格膨胀，导致原子的键合力下降，使得晶格弱化，在比较低的外力作用下便使材料开裂，从而产生氢脆。38. KID:位错引起的附加应力强度因子。KJe:裂纹发射位错的临界应力强度因子。Km：裂纹形核的临界应力强度因子。K广裂纹尖端的有效应力强度因子。仏：外加应力强度因子。KIC:临界应力强度因子。简答：1. 为什么裂纹尖端会发生应力松弛?裂纹尖端附近存在着小范围的塑性区（以裂纹尖端为圆心，半径为rO的圆形区域），材料屈服后，多出来的应力将要松 弛，使r0前方局部地区的应力升高，又导致这些地方发生屈服。即屈服导致应力松弛。2.
7、 K，G和J的关系。三个参量可以互相替换，各自的断裂判据是等效的，对I型裂纹：J=7 = G 其中平面应力状态：Q = E,平面应 Ef 11变：刃=亠。1V 23. 说明与KJC的意义及其相互关系。叫为平面应力下裂纹临界或失稳状态的应力场强度因子，称为所裂韧性。%为平面应变下的断裂韧性。通常情况下，Kc KlcO4. 断裂力学中，按受力及扩展途径裂纹的分类及其特点。三种类型I张开型II剪切型皿撕裂型I型：拉应力垂直于裂纹扩展面。II型：裂纹扩展受切应力控制，切应力平行作用于裂纹面且垂直于裂纹线。皿型：平行于裂纹面而与裂纹前沿线方向平行的剪切力作用。5. 说明8C的意义，指出其适用的条件。裂纹
8、在弹塑性条件下发生失稳扩展的临界裂纹张开位移，测量的试样厚度和构件应该相同。6. 说明GIC的意义，指出其适用的条件。I型裂纹失稳扩展的临界能量释放率，适用于脆性材料。7. 说明提高材料强韧性的热处理工艺。 亚温淬火、超高温淬火、形变热处理。8. 为什么平面应变状态裂纹尖端塑性区尺寸比平面应力状态小，当0=0时，他们的塑性区尺寸分别等于多少？在平面应变状态下，沿板厚方向（Z方向）的弹性约束是裂纹尖端材料处于三向拉应力作用下，三向拉应力状态会对塑性流 动起约束作用，即不易发生塑性变形，所以平面应变状态裂纹尖端塑性区尺寸比平面应力状态的小。当0=0时平面应力状态：R = 2r0（舟）CTxy平面应
9、变状态：R = 2r = x （丹）2 = 十（幻）2或：r = 2r = （1 2u）2丄（幻亍兀备2尽叫s9. 有一大型厚板构件，构件材料的屈服强度CTs=1200MPa，断裂韧度K=115MPam；。经探伤发现，厚板构件中存在长度 2a=20mm的中心穿透裂纹，若构件在平均轴向拉应力为900MPa的条件下工作。试着择合适的公式计算K?以及塑性区尺寸RqO并判断该构件安全?（附：匕=cna； K=oVm-V10.177（丁）V10.5（方）Rn=x （幻）u n亠（幻）2）22n（1）已知该材料的屈服强度叫=1200 MPa,解:已知中心穿透裂纹的长度为2ao=20mm，于是aQ=10mm
10、，且由于构件为大型厚板，属平面应变状态。而构件的工乍应力为900 MPa。考虑到訂謊=0.750.7。需要冷进行修正。所以裂纹前端的应力场强度因子K?可按下式计算：K=血 _ -168.1 （MPam：）V10.177（P）2（2）由于在平面应变下，裂纹前端的塑性区尺寸为血=一（均）2。u 22nos于是该构件裂纹前端的塑性区尺寸血为：% = 十（舟宀打（叫）.2.2（mm） uU 22“ os22n 1200（3）由于K/=168.1 MPa mJ 115MPa 所以该构件不安全。10. 已知一个构件的工作应力e=800MPa。裂纹长度2a=4mm，应力场强度因子冷=2兀：。钢材KJC和役的
11、变化趋势如下。若 按照屈服强度计算的安全系数n=1.45使者确定材料的热处理状态。（附：下表）回火温度/C600500400300200叭/MPa11451200130014001500K/ MPa10885705545解: （1）应力场强度因子冷可按下式计算：K严亢1 = 2 x800xV2 x 103 =71.55 （MPa皿），依据K判据冷na=1.45X800=1600 （MPa）n s所以只有500C回火处理符合要求。11. 有一厚板状的工程构件，使用钢的K=80MPam：，和as=800MPa。该构件的工作应力为a=400MPa。在例行检测中 发现一长为40mm的中心穿透裂纹，完成
12、以下问题（附：石=1.77）1. 说明的物理意义。是裂纹发生快速扩展的临界应力强度因子，当KV K,裂纹不扩展，K K,裂纹发生快速扩展。2. 试判断该结构的安全性。构件的应力强度因子K产oV贏=40Ox1.77xVs=1O0.13 （MPam：）, K =80，所以结构不安全1 1000 1 1L3. 如果不对结构进行维修，如何保证结构使用安全？降低构件所承受的外力，不超过。=和=一80一=320 （MPa）（1.77x0.2）12. 说明解理台阶的性质。P40裂纹扩展过程中发生合并或消失；相同方向的台阶合并后高度增加；相反方向的台阶合并后高度减小或消失；台阶的高 度与位错柏氏矢量和位错密度
13、之间存在一定的关系。13. 说明韧性断裂和脆性断裂的区别。p30 断裂前有明显的塑性变形，微观为韧窝特征；脆性断裂前几乎没有塑性变形，微观为解理特征。14. 说明韧性断裂产生的条件、基本特征和典型的微观形貌。 P36 当外力首先达到材料的屈服强度，位错运动，产生明显的塑性变形； 韧性断裂时，材料（试样）将产生明显的塑性变形，拉伸试样形成杯锥状断口，断口有相当比例的纤维区，裂纹是通过微孔形核、长大形成微裂纹； 韧性断裂的典型形貌是韧窝，在韧窝底部可观察到第二相粒子，因受力条件不同有拉长韧窝等。15. 说明解理断裂产生的条件、基本特征和典型的微观形貌。P39 产生条件：有解理面；应力集中大于解理断
14、裂强度。 基本特征：解理台阶。典型微观形貌：河流花样；扇形花样；羽毛状花样。16. 说明变温引起的韧-脆转变现象，对比光滑试样和缺口试样拉伸断裂的韧脆性。 P49当温度降低时，材料由韧性的断裂转变为脆性的断裂的现象。材料的冲击韧性明显减低，存在一个韧-脆转变温度。 缺口试样比光滑试样呈现更大的脆性。17. 说明微裂纹的形核方式。P54位错滑移形成微裂纹、微孔聚合形成微裂纹、空位聚合成空洞形成微裂纹、位错塞积形成微裂纹、位错反应形成微裂纹、 应力集中使原子键断裂形成微裂纹。18. 说明位错塞集形成微裂纹的机制。P56运动的位错遇到障碍物(第二相、晶界等)，产生位错塞积，在障碍物前方产生应力集中。
15、应力集中达到材料解理面的断裂 强度，使解理面开裂，导致微裂纹形成。19. 说明位错反应形成微裂纹的机制。P5719.BCC结构的晶体，两个相交滑移面运动的位错相遇，发生位错反应，形成刃型位错，在解理面(001)产生应力，当应力 达到解理面的断裂强度，导致晶体沿解理面分离。20. 写出位错像力的表达式。P59(1)刃型位错：Fe =- 砂=莎；2兀(lu)(2r)4(lv)r(2) 螺型位错：化=35 4nr21. 说明疲劳断裂的主要特点。零件承受的应力低于材料的屈服强度；承受的载荷是交变载荷，发生脆性断裂； 往往突然发生，危险性很大。22. 画出疲劳裂纹速率曲线，并说明每个阶段的特征及寿命估算方法。P109I区：低速率区，该区域内，随着应力强度因子AK的降低，裂纹扩展速率迅速下 降；II区：中速率区，此时，裂纹
