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脆性断裂脆性断裂机理

2022/07/16267 作者:佚名
导读:虽然由于裂纹的存在,材料在力学特性上呈现出非线性特征,但是脆性材料本身是弹性连续的,其裂尖的开裂过程可看做是连续的。因此在小范围屈服的条件下,裂尖的破坏和断裂过程仍可用线弹性力学理论加以解释和描述。 设A和B分别为裂纹尖端处裂尖径向方向上相邻的两个材料微单元体,其公共界面为节点3和节点4之间的连线。在荷载作用下裂尖应力场在微元A和B上的最大应力分别为 与 ,当荷载增加使得这两个应力先后达到破坏应力

虽然由于裂纹的存在,材料在力学特性上呈现出非线性特征,但是脆性材料本身是弹性连续的,其裂尖的开裂过程可看做是连续的。因此在小范围屈服的条件下,裂尖的破坏和断裂过程仍可用线弹性力学理论加以解释和描述。

设A和B分别为裂纹尖端处裂尖径向方向上相邻的两个材料微单元体,其公共界面为节点3和节点4之间的连线。在荷载作用下裂尖应力场在微元A和B上的最大应力分别为

,当荷载增加使得这两个应力先后达到破坏应力
时,单个微元产生破坏并沿破坏面断裂;微元A和B的潜在破坏面分别用A′和B′表示,两者分别穿过各自微元中心

在某一组远场力系

作用下,若微元A的潜在破坏面
和微元B的潜在破坏面
共面(三维情况)或共线(二维情况),则微元A与微元B的破坏过程能够传递和继续传播,从而形成一个连续的破坏断裂面而使裂纹发生开裂与扩展。

在另外一组远场力系

作用下,若在微元A与微元B中形成潜在破坏面
,且相互平行,与两个微元中心连线
之间的夹角为T,两个潜在破坏面在两个微元共边或共面
上的交点
不重合。由于材料的线弹性连续性,微元A和B仅有弹性变形而没有塑性变形,节点3和4不可能发生裂开,也不会产生相对位移。所以微元受力作用产生变形后,点
不会重合在一起,因此破坏面
无法形成共线(二维情况)或共面(三维情况)状态。于是在这种情况下微元A和微元B的破坏过程不能传递下去,因此不能形成连续破坏面,无法产生宏观裂纹扩展。

由此可见,在脆性断裂时,裂纹开裂扩展方向并不是由材料的最大主应力、最大剪应力或最大屈服点所决定,而应考虑脆性断裂微过程传播的上述一致连续性特点 。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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