金屬材料裂紋體與無裂紋體統(tǒng)一斷裂理論若干問題的試驗(yàn)研究.pdf

1、韌性材料的斷裂問題是工程結(jié)構(gòu)中普遍存在而又沒有完全解決的問題。本文系統(tǒng)地探討了不同材料的復(fù)合型及常規(guī)斷裂行為和規(guī)律,并從斷裂試驗(yàn)、斷裂準(zhǔn)則、應(yīng)力場計(jì)算以及斷裂機(jī)理分析等多方面對復(fù)合型斷裂問題進(jìn)行了深入研究,取得以下重要進(jìn)展:1.受材料特性不同與應(yīng)力狀態(tài)變化的影響,材料斷裂的物理機(jī)制會出現(xiàn)變化,導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生不同的斷裂形式。不同材料,相同三軸應(yīng)力水平可能發(fā)生不同形式的斷裂;同一材料,隨應(yīng)力三維度從高向低依次變化,材料的斷裂形式也將由組織斷裂

2、,依次轉(zhuǎn)變?yōu)榭锥凑龜?孔洞剪斷,塑性剪斷和焊合。對于以上五種機(jī)理應(yīng)存在四處應(yīng)力三維度分界值,依次判斷材料發(fā)生上述五種機(jī)理。分界值與材料特性有關(guān),不同材料的應(yīng)力三維度分界值將不同。2.從裂紋體與無裂紋體材料有著相似的斷裂機(jī)理及裂紋頂端必然發(fā)生鈍化和應(yīng)力應(yīng)變有界這兩個(gè)客觀事實(shí)出發(fā),目前斷裂力學(xué)中的奇異性理論不應(yīng)成為討論裂紋擴(kuò)展判據(jù)的基礎(chǔ),裂紋體與無裂紋體的斷裂判據(jù)應(yīng)該是一致的。3.本文在細(xì)觀機(jī)理基礎(chǔ)上,從非奇異理論出發(fā)建立宏觀多參數(shù)斷裂準(zhǔn)則

3、,應(yīng)用時(shí)則采用假定的實(shí)用計(jì)算方法。這樣既繞開了早期奇異性理論基礎(chǔ)上的缺陷,又避免了非奇異理論帶來的數(shù)學(xué)上的困難,而且該準(zhǔn)則從危險(xiǎn)點(diǎn)臨界應(yīng)力參量出發(fā)建立,易與材料細(xì)觀斷裂機(jī)制相聯(lián)系,也與傳統(tǒng)強(qiáng)度理論思想接近,完善了統(tǒng)一斷裂理論式。4.揭示了裂紋的亞臨界擴(kuò)展過程中以裂端塑性變形為主,有少量的材料纖維斷裂,且起裂點(diǎn)也只是變形點(diǎn);材料的斷裂過程可能是,當(dāng)應(yīng)力參數(shù)達(dá)到臨界值時(shí),出現(xiàn)細(xì)觀組織斷裂,并快速地引發(fā)宏觀斷裂。同時(shí)發(fā)現(xiàn)材料特性和應(yīng)力狀態(tài)是影

4、響材料斷裂韌性試驗(yàn)測量結(jié)果的兩個(gè)主要因素,否定了斷裂韌度測試試驗(yàn)中對厚度等尺寸的不合理要求,認(rèn)為平面應(yīng)變斷裂韌度KIC反映的是材料發(fā)生正斷的指標(biāo),而厚度對其的影響僅表現(xiàn)了應(yīng)力狀態(tài)不同,材料的斷裂性能不同;對于不同材料,厚度要求是不同的,因此,僅對厚度進(jìn)行要求,控制材料發(fā)生正斷是不合理的。另外,對于用J IC換算K IC的問題,韌性材料小尺寸試件的斷裂機(jī)理主要為孔洞剪斷,這是兩種不同機(jī)制的斷裂問題,由此得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并不能合理地反映材料發(fā)