疲劳断裂属于什么断裂

第二章材料在循环载荷的变形行为

应力幅：每次应力循环中的最大拉应力（取正值）和最小拉应力或压应力（拉应力取正值，压应力取负值）之差的一半称为应力幅

应力范围：疲劳试验循环最大应力和最小应力的代数差值。是反映试验所加交变应力形式的一个参数、疲劳试验中交变应力形式所起作用见应力比。

应力比：是指对试件循环加载时的最小荷载与最大载荷之比（或试件最小应力与最大应力之比），有的文献称此为循环特征系数。 棘轮效应：材料在非对称应力控制循环加载下非弹性变形的累计，又称循环蠕变或棘齿效应。材料受到拉伸或压缩时，如果力大于材料的屈服强度，那么材料就会发生塑性变形。外力卸载并反向加载，材料先是沿弹性线恢复继而发生反向变形，如果反向加载的载荷小于初始加载的载荷，那么材料反向变形大小就会小于初始变形，进而产生了残余应变。如此反复，这就是材料中的棘轮效应。

应力松弛：应力松弛是指粘弹性材料在总应变不变的条件下，由于内部的粘性应变（或粘塑性应变）分量随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低的现象。橡皮筋变松属于典型的应力松弛现象。

包兴格效应：某些塑性材料的一种力学性质，表现为当材料受到某一方向的载荷作用（如拉伸）进入塑

同济大学建筑工程系研究生课程 《高等钢结构原理》断裂与疲劳部分

学生作业 2015. 9.

一、作业要求

1．每位学生自选4道概念论述题和1道计算题。

2．应仔细审题，答题清楚到位。鼓励有全面深入的高质量论述。 3．相互抄袭很容易识别，均按无作业成绩处理。请独立思考答题。 4．概念论述题照抄授课教师讲稿，作业成绩最高只能得60分。

5．书面答题，统一做在A4纸上，打印和手写均可，封面写上系（所）别、学号和姓名、硕士生或博士生。校外旁听生写上单位名称。

6．作业可集中给班长统一提交到土木大楼A711室，截至时间2015年11月20日 7．本课程考核方式为期末考试和平时作业考核相结合，最终成绩为40%期末考试与60%平时作业成绩之和。

二、参考书目

（1）[英]T.R. 格尔内，焊接结构的疲劳，机械工业出版社，1988。 （2）焦馥杰，焊接结构分析基础，上海科学技术出版社，1991。 （3）[德]D. 拉达伊，焊接结构疲劳强度，机械工业出版社，1994。 （4）霍立兴，焊接结构工程强度，机械工业出版社，1995。 （5）陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社，2000。

（6）[荷]J.Wardenier, 钢管截面的结构应用，同济大学出版社，2

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工程材料断裂力学基础第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 工程断裂力学概论 线弹性断裂理论 弹塑性断裂理论 断裂韧性测试原理 裂纹的疲劳扩展和疲劳寿命计算 应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳 断裂力学的工程应用

February 20, 2003

Engineering Fracture Mechanics

I-1

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FRACTURE

第二章 线弹性断裂理论一、线弹性断裂理论是断裂力学中最简单也是最基本的理论 研究对象：理想的线弹性材料，材料的应力-应变关系( 。研究对象：理想的线弹性材料，材料的应力-应变关系(本 构关系)服从胡克定律。 构关系)服从胡克定律。

二、基本假设 1)认为材料是存在初始缺陷的连续介质；存在夹渣、气孔 认为材料是存在初始缺陷的连续介质；存在夹渣、 微裂纹等初始缺陷； 、微裂纹等初始缺陷； 2)材料变形规律为线弹性变化关系，如陶瓷、玻璃等脆性 材料变形规律为线弹性变化关系，如陶瓷、 材料，一般金属材料裂纹尖端都会出现塑性变形， 材料，一般金属材料裂纹尖端都会出现塑性变形，但对 σs>1000-1500(MPa),裂纹尖端塑性区尺寸远小于裂纹尺寸 ， 近似

断裂力学与断裂韧性

3.1 概述

断裂是工程构件最危险的一种失效方式，尤其是脆性断裂，它是突然发生的破坏，断裂前没有明显的征兆，这就常常引起灾难性的破坏事故。自从四五十年代之后，脆性断裂的事故明显地增加。例如，大家非常熟悉的巨型豪华客轮－泰坦尼克号，就是在航行中遭遇到冰山撞击，船体发生突然断裂造成了旷世悲剧！

按照传统力学设计，只要求工作应力σ小于许用应力[σ]，即σ<[σ],就被认为是安全的了。而[σ]，对塑性材料[σ]=σs/n，对脆性材料[σ]=σb/n，其中n为安全系数。经典的强度理论无法解释为什么工作应力远低于材料屈服强度时会发生所谓低应力脆断的现象。原来，传统力学是把材料看成均匀的，没有缺陷的，没有裂纹的理想固体，但是实际的工程材料，在制备、加工及使用过程中， 都会产生各种宏观缺陷乃至宏观裂纹。

人们在随后的研究中发现低应力脆断总是和材料内部含有一定尺寸的裂纹相联系的，当裂纹在给定的作用应力下扩展到一临界尺寸时，就会突然破裂。因为传统力学或经典的强度理论解决不了带裂纹构件的断裂问题，断裂力学就应运而生。可以说断裂力学就是研究带裂纹体的力学，它给出了含裂纹体的断裂判据，并提出一个材料固有性能的指标——断裂韧性，用它来比较各种材料的抗断能力。

3.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论

3.2.1 理论断裂强度

金属的理论断裂强度可由原子间结合力的图形算出，如图3-1。图中纵坐标表示原子间结合力，纵轴上方为吸引力下方为斥力，当两原子间距为a即点阵常数时，原子处于平衡位置，原子间的作用力为零。如金属受拉伸离开平衡位置，位移越大需克服的引力越大，

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机械设计与制造Ma h n r De i a c ie y s.￣& Ma u a t r n fcue—l l一

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展速率公式研 究★师小红徐章遂

(军械学院电气工程系，石家庄 00 0 ) 5 03

Th x r s in s arhf r a iu r c r p g t nb s do a t r c a is e e p e so s r e c t e c a kp o a a i a e nf c u e me h nc e of g o rS a - o g, h n - u,KANG in HIXio h n XU Z a g s i Ja

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在abaqus中创建裂纹

1. create part，如图1所示：

图1

2. 进入草图模式，创建一矩形板，点鼠标中键2次退出草图模式，点击Partition Face: Sketch,

再次进入草图模式，创建一条seam，如图2所示：

图2

1

3. 在草图模式下，创建4个半圆（为以后定义裂纹及mesh做准备），如图3所示：

图3

4. 退出part模块，进入property模块，create material，create section，assign section，此过

程不再细述。（材料定义为线弹性即可）

5. 进入assembly模块，create instance；进入step模块，create step，默认选择即可，不需

要改动。d

6. 进入interaction模块，点击special——crack——assign seam，按住shift键，选择3段直

线段作为seam（见图4），然后点击special——crack——create，给裂纹起名，continue，选择内部小圆区域作为first contour region，选择圆心作为crack tip region，用向量q表示裂纹扩展方向（需输入向量起点和终点坐标），

2.3 断裂与断裂控制

2.3.1 断裂力学兴起

材料或结构中的缺陷，是不可避免的。由缺陷引起断裂所发生的机械、结构的失效，是工程中最重要、最常见的失效模式。在人们还不能深刻认识由材料缺陷引起断裂破坏的机理、规律的情况下，若发现构件出现了裂纹，大都只能够按报废处理，用裂纹萌生寿命控制疲劳破坏，也是对断裂认识不足影响的结果。20世纪起（尤其是20世纪50年代后），人们对于裂纹体进行了广泛研究，深化了认识，逐步形成了“断裂力学”。以此为基础，人们控制断裂、控制裂纹扩展的能力不断增强。断裂控制设计是对传统的基于强度设计概念的重要发展，了解断裂力学的基本概念、理论和断裂控制设计基本方法，对于21世纪的工程师们是十分必要的。

按照静强度设计，控制工作应力小于材料的许用应力，人们完成了许多成功的设计。但是，结构发生破坏的事例并不鲜见。结构在加工、装配以及使用过程中难免产生气孔、夹渣及裂纹等各种形式的缺陷，其中最严重的缺陷形式就是裂纹，因为裂纹尖端的应力集中最严重。

疲劳断裂的过程实际上是结构的微小缺陷不断扩展直至达到断裂的临界条件而使结构断裂的过程。在疲劳分析中，由于无法描述这种裂纹从微观（或细节）缺陷发展至宏观裂纹直至断裂的规律、只能笼统地假定一种疲劳

布料溜槽断裂原因分析

陈龙①

(中冶华天工程技术有限公司 江苏 南京 210019)

摘 要：针对某炼铁厂布料溜槽断裂的问题，采用有限元软件ANSYS建立布料溜槽的三维有限元模型，并在此基础上模拟溜槽在不同预紧力作用下各部位的应力，并结合溜槽和螺栓材料的性能分析，找出了布料溜槽断裂的原因，即在常温下，布料溜槽不会发生断裂；在高温下，螺栓的应力和变形呈非线性变化，导致螺栓产生蠕变断裂甚至瞬时拉断，这是造成布料溜槽断裂的主要原因。

关 键 词：布料溜槽；螺栓；断裂；有限元法；高温

布料溜槽是高炉炼铁设备中非常重要的关键部件，其使用寿命的长短直接影响到生铁的产量。而溜槽的结构、制造工艺及材质对其使用寿命影响很大。某炼铁厂布料溜槽在实际生产过程中发生了断裂事故，联接螺栓大部分被剪断，溜槽本体脱落，严重影响生产，为了找出事故原因，提高溜槽的使用寿命，对布料溜槽整体进行有限元分析，并结合溜槽和螺栓材料的性能，找出断裂发生的原因，为其结构设计及生产工艺的改进提供依据。 1 布料溜槽有限元分析 1．1 三维实体模型

某炼铁厂布料溜槽的主要结构包括溜槽本体、鹅头体、联接螺栓、加固板等[3]。严格按照图纸尺寸，在不影响计算结果准确性的前提下，在三维CAD软件中对

华中科技大学土木工程与力学学院

《断裂力学》考试卷（半开卷）

2010～2011学年度第一学期 成绩

学号 专业 班级 姓名 分数 一 二 三 四 五 六 合计 一、填空题（每空2分，共16分）

1. 在断裂力学中，小范围屈服是指（ ），当（ ）时，可以采用线弹性断裂力学，且能保证其精确度和有效性；而当塑性区尺寸与裂纹尺寸同数量级时称为（ ），只能采用（ ）来处理。

2. 复合型裂纹扩展与单纯张开型裂纹扩展的主要不同之处是

（ ）。因此，复合型裂纹的研究，除了需要确定临界状态，建立断裂判据外，还要确定 （ ）。常用的复合型裂纹脆性断裂理论有 （

断裂与损伤力学试题

（2015级力学研究生）

简答题（80分）

1. 断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为几种类型？请画出这些类型裂纹的受力示意图。（15分）

2 请分别针对完全脆性材料和有一定塑性的材料，简述裂纹扩展的能量平衡理论？（15分）

3. 请简述应力强度因子的含义，并简述线弹性断裂力学中裂纹尖端应力场的特点？（10）

4. 简述脆性断裂的K准则及其含义？（10） 5. 请简述能量损伤和几何损伤理论及其应用（20）

6. 求出平面应变状态下裂纹尖端塑性区边界曲线方程，并解释为什么裂纹尖端塑性区尺寸在平面应变状态比平面应力状态小？（5分）

7. 对于两种材料，材料1的屈服极限?s和强度极限?b都比较高，材料2的?s和

?b相对较低，那么材料1的断裂韧度是否一定比材料2的高？试简要说明断裂

力学与材料力学设计思想的差别？ （5分）

一、 推导题（10分）

请叙述最大应力准则的基本思想，并推导出I-II型混合型裂纹问题中开裂角的表达式？

二、 证明题（10分）

定义J积分如下，J?? ????(wdy?T??u/?xds)，围绕裂纹尖端的回路?，始

于裂纹下表面，终于裂纹上表面，按逆时针方向转动，其中w是板的应变能密度，

T为作用在路