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1、结构件不可避免的存在宏观裂纹，结构件在低应力下脆结构件不可避免的存在宏观裂纹，结构件在低应力下脆性破坏正是由微裂纹导致的。性破坏正是由微裂纹导致的。(P47)2.4 应力场强度因子和平面应变断裂韧性应力场强度因子和平面应变断裂韧性裂纹模型根据固体的受力状态和形变方式，分为三种基本的裂裂纹模型根据固体的受力状态和形变方式，分为三种基本的裂纹模型，其中最危险的是张开型纹模型，其中最危险的是张开型(掰开型掰开型)，是低应力断裂的主，是低应力断裂的主要原因。一般在计算时，按最危险的计算。要原因。一般在计算时，按最危险的计算。掰开型掰开型错开型错开型撕开型撕开型2.4.1 裂纹扩展方式裂纹扩展方式I I
2、型型II型型III型 c=Kc-K为与材料、与材料、试件尺寸、形状及受力状件尺寸、形状及受力状态等有关的系等有关的系数。当数。当 = c或或K= cc1/2时，材料立即断裂。，材料立即断裂。裂纹长度与断裂应力的关系裂纹长度与断裂应力的关系实验总结裂裂纹尖端附近尖端附近应力与各个参数的关系（力与各个参数的关系（ 强调的是数强调的是数 值关系，试样未必断裂）值关系，试样未必断裂）2.4.2 裂纹尖端应力场分析裂纹尖端应力场分析 ij= K1/(2 r)1/2f ij ( ) P49其中，其中，K1为与外加与外加应力力 、裂纹长度、裂纹长度c、裂纹种类和受、裂纹种类和受力状态有关的系数，称为力状态有
3、关的系数，称为应力场强度因子应力场强度因子，其下标表，其下标表示是示是I I型扩展类型，单位是型扩展类型，单位是Pam1/2。在在rC处，即，即为裂裂纹尖端尖端处的一点，的一点， 0，得：得： yy =K1/(2r)1/2此此时，使裂，使裂纹扩展的主要展的主要动力是力是 yy 由由 yy =K1/(2 r)1/2 A = yy A = 2 (c/ )1/2 （见2.3节）可得可得K1 =Y c1/2K1是反映裂是反映裂纹尖端尖端应力力场强强度的度的强强度因子。度因子。Y为几何形状因子，和裂几何形状因子，和裂纹型式、型式、试件几何形状有关。件几何形状有关。求求K1的关的关键在于求在于求Y2.4.
4、3 应力场强度因子及几何形状因子应力场强度因子及几何形状因子临界应力强度因子临界应力强度因子K1C （平面应变断裂韧性）（平面应变断裂韧性）：当：当K1随着外随着外应力增大到某一临界值，裂纹尖端处的局部应力不断增大应力增大到某一临界值，裂纹尖端处的局部应力不断增大到足以使原子键分离的应力到足以使原子键分离的应力 f，此时，裂纹快速扩展并导，此时，裂纹快速扩展并导致试样断裂。致试样断裂。因此，需要因此，需要满足足 K1=Y c1/2 K1c2.4.4 临界应力场强度因子及断裂韧性临界应力场强度因子及断裂韧性经典强度理论与断裂力学强度理论的比较经典强度理论与断裂力学强度理论的比较 经典强度理论经典
5、强度理论 断裂强度理论断裂强度理论断裂准则：断裂准则： f/n K1 = （ c ) K1c 有一构件，实际使用应力为有一构件，实际使用应力为1.30GPa,有下列两种钢供选：有下列两种钢供选： 甲钢：甲钢： f =1.95GPa, K1c =45MPam1/2 乙钢：乙钢： f =1.56GPa, K1c =75MPam1/2 传统设计：甲钢的安全系数传统设计：甲钢的安全系数: 1.5， 乙钢的安全系数乙钢的安全系数 1.2断裂力学观点：断裂力学观点： 设最大裂纹尺寸为设最大裂纹尺寸为1mm，计算得，计算得Y=1.5 甲钢的断裂应力为甲钢的断裂应力为: 1.0GPa 乙钢的断裂应力为乙钢的断裂应力为: 1.67GPa P51
