文档介绍：特种设备检验检测与安全评定
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裂力学的基本概念
特种设备检验检测与安全评定
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，火箭发动机外壳在坏了材料内部的均匀连续性，这时再用无裂纹小试样测出的G、G强度指标就不能代表有裂纹构件的真实强度，如仍用
sb
a<Q］进行强度设计就难于保证构件安全。
从研究无裂纹构件的强度、刚度、稳定性出发逐渐形成了材料力学这门学科。同样，为了研究含裂纹构件强度、力学性能变化规律逐渐形成了一门新兴学科—断裂力学。从断裂力学的观点来看，在工程构件中难免存在裂纹，夹渣、气孔、未焊透等亦可作裂纹看待，由于这些裂纹类缺陷失稳扩展就导致了构件的破坏。基于此，对这种破坏问题进行理论分析和实验研究，提出了一些新的安全性评定原则，就可保证含裂纹构件的使用安全。
在分析构件低应力脆断基础上发展起来的断裂力学，由于它能把断裂应力，
裂纹大小，材料抵抗裂纹扩展的能力（即K，8等）定量地联系在一起，因此
ICC它不仅能圆满解释常规设计不能解释的低应力脆断问题，而且也为避免这类事故指明了努力的方向。用断裂力学可对含裂纹构件的安全性和寿命做出定量或半定量评价。断裂力学的出现促使许多部门的设计思想发生了改变，如核容器防脆断设计，飞机容限损伤设计等。另外，它也为发展新材料，新工艺指明了方向，正由于断裂力学显示了强大的生命力，从而获得迅猛发展。
断裂韧性（K）
IC
撕布时先用剪刀剪一个口子，这样很容易沿着剪口把整块布撕成两半。一个充足气的气球，若用针扎一下，则气球马上爆破。这就表明当构件中有了宏观裂纹后实际的断裂强度就要降低。另外可以看到，构件的断裂是由于裂纹的扩展造成的，因此实际断裂应力应当和原始裂纹尺寸有关，也应当和材料抵抗裂纹快速扩展的能力有关。
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如图1-4（a）所示，对于一个内部没有宏观裂纹的均匀试样，在拉伸时，应力分布是均匀的，
每一点的应力都等于b=FA。用应力线的概念来描述应力，规定每一点的应力值b等于穿过该点单位面积应力线的条数，某点线密集，则该点应力就大。对无裂纹试样，由于每一点应力相等，故其应力线密集度都一样。应力线分布均匀，如图1-4（a）所示。
G<5
（7（T
图1-4（a）.无裂纹试样应力线图1-4（b）含裂纹试样应力线
如试样中有长为2a的宏观裂纹，受同样外力F,这时试样中各点的应力就不再是均匀的了。这是因为裂纹内表面是空腔，不受应力作用，没有应力就没有应力线。含裂纹试样中的应力线不能穿过裂纹而进入裂纹内表面，但应力线的特点又使它不能中断在试样内部，故应力线就被迫绕过裂纹尖端上下相连（图1-4b），这样，长为2a裂纹上的应力线就全部挤在裂纹尖端，裂纹尖端应力线密度增大，即裂纹尖端地区的应力比平均应力要大。远离裂纹尖端，应力线逐渐趋于平均。
在裂纹尖端附近，其应力b>>b（平均应力），即存在应力集中。当外加应
y
力b还比较小时，裂纹尖端的应力集中就可能使尖端附近某一范围内的应力b
y
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都达到材料解理断裂强度，从而使裂纹前端材料分离，裂纹快速扩展，试样脆断。
裂纹尖端应力分布如图1-5所示。这就是说，一般含裂纹试样的实际断裂应力b
c
就明显比无裂纹试样低，甚至远低于材料的屈服强度。
图1-
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对无裂纹试样，当b鼻G时，试样就断裂，G可以作为材料抵抗断裂的能
力，
bb
G越大，试样越不容易断裂。
b
对含裂纹试样，用什么指标作为材料抵抗裂纹失稳断裂的能力的度量呢？
对含裂纹试样，因整个的裂纹长度2a上的应力线都挤在裂纹尖端，如果裂纹越大，就有更多的裂纹线挤在裂纹前端，应力线更密集，应力集中更严重，试样就可以在更低的外应力下断裂，即断裂应力b更低。大量实验表明：b-
cc
1/ja，另外，b也和裂纹形状，加载方式有关，即b-1/（晶Y），其中Y
cc
下的材料，
是一个和裂纹形状和加载方式有关的量。实验研究表明，对每一种特定工艺状态
G証Y=C（常数）。它和裂纹大小、几何形状、加载方式无关，只c
和材料本身成分、热处理、加工工艺有关，我们称之为断裂韧性，用K表示。IC
k=•y
ICC
对于特定材料K是常数，如同材料的G、G—样，是材料本身的一种属性。
ICsb
当构件中裂纹形状和大小一定时，即•Y一定，K愈大，则b也大，即
ICc