工程断裂力学ppt课件PPT文件格式下载.ppt

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同同时时期期大大量量的的战战机机事事故故广广泛泛采采用用焊焊接接工工艺艺和高强度材料；

和高强度材料；

41954年年1月月10日日英英国国大大型型喷喷气气民民航航客客机机彗彗星星号号坠坠落，同时期共三架坠落；

落，同时期共三架坠落；

二、工程中的断裂事故二、工程中的断裂事故51958美美国国北北极极星星号号导导弹弹固固体体燃燃料料发发动动机机壳壳体体爆爆炸；

炸；

61969年年11月美国月美国F3左翼脱落；

左翼脱落；

71972年我国歼年我国歼5坠毁；

坠毁；

8近年来桥梁、房屋、锅炉和压力容器、汽车等近年来桥梁、房屋、锅炉和压力容器、汽车等第一章第一章绪论绪论二、工程中的断裂事故二、工程中的断裂事故第一章第一章绪论绪论二、工程中的断裂事故二、工程中的断裂事故92007年年11月月2日美国日美国F15空中解体；

空中解体；

第一章第一章绪论绪论三、三、断裂力学发展简史断裂力学发展简史11913年年，C.E.Inglis（英英格格列列斯斯）将将裂裂纹纹（缺缺陷陷）简简化化为为椭椭圆圆形形切切口口，用用线线弹弹性性方方法法研研究究了了含含椭椭圆圆孔孔无无限限大大板板受受均均匀匀拉拉伸伸问问题题按按应应力力集集中中观观点点解解释释了了材材料料实实际际强强度度远远低低于于理理论论强强度是由于固体材料存在缺陷的缘故。

度是由于固体材料存在缺陷的缘故。

21921年年，A.A.Griffith（格格里里非非斯斯）用用弹弹性性体体能能量量平平衡衡的的观观点点研研究究了了玻玻璃璃、陶陶瓷瓷等等脆脆性性材材料料中中的的裂裂纹纹扩扩展展问问题题，提提出出了了脆脆性性材材料料裂裂纹纹扩扩展展的的能能量量准准则则，成成为为线线弹弹性性断断裂裂力力学学的的核核心心之一之一能量释放率准则。

能量释放率准则。

第一章第一章绪论绪论三、三、断裂力学发展简史断裂力学发展简史319551957年年，G.R.Irwin（欧欧文文）通通过过对对裂裂尖尖附附近近应应力力场场的的研研究究，提提出出了了新新的的断断裂裂参参量量应应力力强强度度因因子子，并并建建立立断断裂裂判判据据，成成为为线线弹弹性性断断裂裂力力学学的另一核心的另一核心应力强度因子断裂准则。

应力强度因子断裂准则。

41963年年，F.Erdogan（艾艾多多甘甘）和和G.C.Sih（薛薛昌昌明明）提提出出了了复复合合型型裂裂纹纹扩扩展展的的最最大大拉拉应应力力理理论论；

1972年年，K.Palaniswamy（帕帕拉拉尼尼斯斯瓦瓦米米）从从裂裂纹纹扩扩展展能能量量释释放放率率的的概概念念出出发发建建立立了了复复合合型型裂裂纹纹扩扩展展的的最最大大能能量量释释放放率率理理论论；

1970s中中期期，G.C.Sih又又提提出出了了能能处处理理全全复复合合型型裂裂纹纹扩扩展展的的应应变变能能密度因子理论。

密度因子理论。

第一章第一章绪论绪论三、三、断裂力学发展简史断裂力学发展简史51948年年和和1950年年，G.R.Irwin和和E.O.Orowan（奥奥洛洛文文）各各自自独独立立地地将将Griffith能能量量理理论论推推广广到到裂裂尖尖存存在在小小范范围围屈屈服服的的金金属属材材料料，这是研究弹塑性断裂问题的开端。

这是研究弹塑性断裂问题的开端。

61960年年，D.S.Dugdale（达达格格代代尔尔）运运用用N.I.Muskhelishvili（穆穆斯斯海海里里什什维维利利）方方法法研研究究了了裂裂纹纹尖尖端端的的塑塑性性区区，称称为为DM模模型型，因因为为该该模模型型是是G.I.Barenblatt（巴巴伦伦布布拉拉特特）于于1963年年提提出出的的“内内聚聚力力”模模型型的的特特殊殊情情况况，所以也称为所以也称为DB模型。

模型。

第一章第一章绪论绪论三、三、断裂力学发展简史断裂力学发展简史71965年年，A.A.Wells（威威尔尔斯斯）在在大大量量实实验验和和工工程程经经验验的的基基础础上上提提出出了了弹弹塑塑性性条条件件下下裂裂纹纹的的起起裂裂准准则则COD（CrackOpeningDisplacemen）准准则则，但但其其理理论论基基础础很很薄薄弱弱，不不是是一一个个直直接接严严密密的的裂裂纹纹尖尖端端弹弹塑塑性性应应力力应应变场的表征参量。

变场的表征参量。

81968年年，J.R.Rice（赖赖斯斯）提提出出J积积分分，它它避避开开直直接接计计算算裂裂纹纹尖尖端端附附近近的的弹弹塑塑性性应应力力应应变变场场，而而用用围围绕绕裂裂尖尖的的与与路路径径无无关关的的回回路路线线积积分分（J积积分分）作作为为表表示示裂裂纹纹尖尖端端应应变变集集中中特特性性的的平平均均参量。

参量。

第一章第一章绪论绪论三、三、断裂力学发展简史断裂力学发展简史91968年年，J.W.Hutchinson（哈哈钦钦森森）、J.R.Rice和和G.F.Rosengren（罗罗森森格格伦伦）分分别别发发表表了了I型型裂裂纹纹尖尖端端应应力力应应变变场场的的弹弹塑塑性性分分析析，即即著著名名的的HRR奇奇异异解解，它它证证明明了了J积积分分唯唯一一决决定定裂裂尖尖弹弹塑塑性性应应力力应应变变场场的的强强度度，也也具具有有奇奇异异性性。

从从此此，弹塑性力学有了一个新的理论起点。

弹塑性力学有了一个新的理论起点。

10COD准准则则和和J积积分分准准则则均均为为弹弹塑塑性性裂裂纹纹起起裂裂准准则，从则，从1970s起着力建立裂纹稳定扩展准则。

起着力建立裂纹稳定扩展准则。

第一章第一章绪论绪论三、三、断裂力学发展简史断裂力学发展简史111948年年，N.F.Mott（莫莫特特）进进行行了了裂裂纹纹快快速速扩扩展展速速度度的的定定量量计计算算，并并将将动动能能引引入入Griffith能能量准则。

量准则。

12复合材料的界面断裂力学复合材料的界面断裂力学四、四、断裂力学分类断裂力学分类1宏观断裂力学和微观断裂力学；

宏观断裂力学和微观断裂力学；

2宏宏观观断断裂裂力力学学：

线线弹弹性性断断裂裂力力学学，弹弹塑塑性性断断裂力学，断裂动力学和界面断裂力学。

裂力学，断裂动力学和界面断裂力学。

第一章第一章绪论绪论五、五、断裂力学的任务断裂力学的任务1研研究究裂裂纹纹体体的的应应力力场场、应应变变场场与与位位移移场场，寻寻找控制材料开裂的物理参量；

找控制材料开裂的物理参量；

2研研究究材材料料抵抵抗抗裂裂纹纹扩扩展展的的能能力力韧韧性性指指标标的变化规律，确定其数值及测定方法；

的变化规律，确定其数值及测定方法；

3建立裂纹扩展的临界条件建立裂纹扩展的临界条件断裂准则；

断裂准则；

4含含裂裂纹纹的的各各种种几几何何构构形形在在不不同同载载荷荷作作用用下下，控制材料开裂物理参量的计算。

控制材料开裂物理参量的计算。

第一章第一章绪论绪论五、五、断裂力学的任务断裂力学的任务5将将3和和4结合解决下述问题结合解决下述问题1）给定结构型式、裂纹，计算含裂纹体承载能力；

给定结构型式、裂纹，计算含裂纹体承载能力；

2）给给定定结结构构型型式式、载载荷荷，计计算算允允许许裂裂纹纹长长度度损损伤伤容限；

容限；

3）给定结构损伤容限和载荷，设计结构几何尺寸；

给定结构损伤容限和载荷，设计结构几何尺寸；

4）计算重复载荷作用下裂纹扩展至容许长度寿命；

计算重复载荷作用下裂纹扩展至容许长度寿命；

5）为结构选择材料；

为结构选择材料；

6）结构的止裂与修补。

结构的止裂与修补。

第一章第一章绪论绪论六、断裂力学研究方法六、断裂力学研究方法从从弹弹性性力力学学方方程程或或弹弹塑塑性性力力学学方方程程出出发发，把把裂裂纹纹作作为为一一种种边边界界条条件件，考考虑虑裂裂纹纹顶顶端端的的应应力力、应应变变和和位位移移场场，设设法法建建立立这这些些场场与与控控制制断断裂裂的的物物理理参参量之间的关系和裂纹尖端附近的局部断裂条件。

量之间的关系和裂纹尖端附近的局部断裂条件。

第一章第一章绪论绪论七、参考书七、参考书第一章第一章绪论绪论1高庆工程断裂力学高庆工程断裂力学.重庆大学出版社，重庆大学出版社，19862李李庆庆芬芬等等断断裂裂力力学学及及其其工工程程应应用用哈哈尔尔滨滨工工程程大大学学，20083张张安安哥哥等等疲疲劳劳、断断裂裂与与损损伤伤西西南南交交通通大大学学出出版版社社，20064黄维扬工程断裂力学航空工业出版社，黄维扬工程断裂力学航空工业出版社，19925庄茁等工程断裂与损伤机械工业出版社，庄茁等工程断裂与损伤机械工业出版社，2004第二章线弹性断裂力学2.1裂纹及其对强度的影响裂纹及其对强度的影响2.2断裂力学的能量方法断裂力学的能量方法2.3I型裂纹尖端的应力场和位移场型裂纹尖端的应力场和位移场2.4II、III型裂纹尖端的应力场和位移场型裂纹尖端的应力场和位移场2.5应力强度因子应力强度因子2.6G与与K的关系的关系2.7应用权函数法计算应用权函数法计算K因子因子2.8叠加原理在计算叠加原理在计算K因子中的应用因子中的应用2.9确定确定K因子的其它方法因子的其它方法2.1裂纹及其对强度的影响裂纹及其对强度的影响一、裂纹的分类一、裂纹的分类1按裂纹的几何特征按裂纹的几何特征1）穿透裂纹穿透裂纹（贯穿裂纹贯穿裂纹）简化为理想尖裂纹；

简化为理想尖裂纹；

2）表面裂纹表面裂纹简化为半椭圆形裂纹；

简化为半椭圆形裂纹；

3）深深埋埋裂裂纹纹简简化化为为椭椭圆圆片片状状裂裂纹纹或或圆圆形形裂裂纹纹（钱钱币状裂纹，便士状裂纹币状裂纹，便士状裂纹）。

一、裂纹的分类一、裂纹的分类2按裂纹的力学特征按裂纹的力学特征I型裂纹型裂纹1）张开型张开型（I型，型，OpeningMode）裂纹裂纹在与裂纹面正交的拉应力作用下，裂纹面产生张开位移（位移与裂纹面正交），裂纹上下表面垂直于裂纹面的位移不连续（方向相反）2）滑移型滑移型（II型，型，SlidingMode）裂纹裂纹II型裂纹型裂纹在与裂纹面平行而与裂纹尖端线垂直的切应力作用下，使裂纹面产生沿裂纹面相对滑动位移（位移平行切应力方向），裂纹上下表面垂直于裂纹尖端线方向的位移不连续（方向相反）2.1裂纹及其对强度的影响裂纹及其对强度的影响一、裂纹的分类一、裂纹的分类2按裂纹的力学特征按裂纹的力学特征3）撕裂型撕裂型（III型型，Anti-planeShearMode）裂纹裂纹在与裂纹面垂直而与裂纹尖端线平行的切应力作用下，使裂纹面产生沿裂纹面外相对滑动位移（位移平行切应力方向），裂纹上下表面平行于裂纹尖端线方向的位移不连续（方向相反）III型裂纹型裂纹4）多数裂纹为复合型裂纹，多数裂纹为复合型裂纹，I型裂纹最常见、型裂纹最常见、最危险、最重要。

最危险、最重要。

2.1裂纹及其对强度的影响裂纹及其对强度的影响二、裂纹对材料强度的影响二、裂纹对材料强度的影响2.1裂纹及其对强度的影响裂纹及其对强度的影响ssss2