材料性能学课件北大fh31断裂.pptx

Properties of Materials 材料性能学石家庄铁道大学材料科学与工程学院材料科学系：付华联系电话： QQ: 1115279899 第3章 材料的断裂与断裂韧性Fracture Mechanics and Fracture Toughness 3.1 材料的断裂机理Fracture mechanism3.1.1 断裂的类型及断裂机理 type and mechanism of fracture3.1.2 断口特征三要素 fracture morphology3.1.3 裂纹的萌生机理与扩展方式mechanism of crack initiation and propagation 3.2 断裂的力学性能指标 Fracture mechanical property (index)3.2.1 断裂强度 fracture strength，breaking strength 3.2.2 断裂韧性 fracture toughness3.2.2.1缺口效应 notch effect3.2.2.2 线弹性条件下的断裂韧性 linear elastic 3.2.2.3 弹塑性条件下的断裂韧性 elasticoplasticity3.2.2.4 影响材料断裂韧度的因素 influence factor3.2.2.5 断裂韧性在工程中的应用 application 3.1 材料的断裂 Fracture材料的失效（failure)方式：过量变形、断裂、腐蚀、磨损。 Excessive deformation, Fracture, corrosion , wear.3.1 材料的断裂 Fracture断裂：材料在力的作用下丧失连续性， 分成若干部分的现象。断裂：意味着材料的彻底失效。断裂：危害最大。（动画）赛车车轴意外断裂Titanic残骸塔科马海峡大桥Tacoma Narrows Bridge （断裂）1938-1942： 40多焊接铁桥断裂断裂的原因和过程？？焊接构件welding structure ——脆性断裂Brittle fracture二战期间，美国千艘全焊接自由轮→舱板断裂（200多艘）。自由轮liberty ship ：美国海事委员会二战时期应急 大量建造的两型货船。（实业家亨利·凯泽：总重2500吨的25万个预制构件送到船厂焊接起来）。200 多天→40天→ 4天15个小时，这个纪录保持至今 。 历史背景Henry John Kaiser（1882-1967年）美国实业家，亿万富翁，凯泽铝业公司，凯泽钢铁公司、凯泽水泥和灰泥板等100多家公司的创始人，二战时提出自由轮设想，4年造了1490艘船。50年代，美国北极星导弹点火试验时， 发动机壳体爆炸。σs =1400Mpa，0.1-1mm 焊接裂纹。crack 1952年，Esso石油公司原油罐脆性断裂历史背景历史背景断裂力学的发展历史Fracture Mechanics焊接铆接大型结构桥、船舶压力容器航空航天器火箭壳体大型转子极限条件下工作高应力超高温、超高压、超高速条件 低应力脆断（断裂应力＜σb、σs）传统材料设计：Tradional design传统材料设计：Tradional design①材料是均匀连续、各向同性的物体。 ②力学分析→应力应变→安全系数→强度、塑韧性经典强度理论：?classical mechanics? 断裂瞬时发生，不考虑裂纹的萌生与扩展。设计时只考虑σb(抗拉强度), 较少考虑σs、韧性、焊接性 实际材料→→宏观裂纹（加工与使用过程中出现）（冶金、锻造、焊接、淬火、机加工、疲劳、腐蚀） 材料是非均匀连续的。裂纹引发→ →断裂过程 历史背景刚刚拉制的玻璃棒弯曲强度6Gpa，在空气中放置后下降到0.4 Gpa； 石英玻璃纤维分段： 12cm长-----275 Mpa， 0.6 cm长-----760 Mpa。尺寸效应Size effect：危险裂纹机会多（大、长试件）。0. 断裂力学的发展 Development of Fracture Mechanics(1) Griffith在1920年提出，断裂前材料有现成的裂纹， 裂纹尖端Crack tip引发应力集中。Stress concentrationAlan Arnold Griffith, (1893 – 1963) English engineer, contributions, is best known for his work on stress and fracture in metals that is now known as metal fatigue。裂纹尖端引发应力集中。历史背景0. 断裂力学的发展1922年Griffith 研究断