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韧性材料的几种断裂形式及判据讨论

2011-06-14 7页 pdf 424KB 47阅读

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韧性材料的几种断裂形式及判据讨论 J0urml0fMwhaIli‘=alstrength 机械珲盘 2(102倒(4m66瑚。 韧性材料的几种断裂形式及判据讨论+ VARIoUSFRACTURESTATUSoFDUCT!LEⅣIATER工ALSAND THEIRCRITERIADISCUSSION 汤安民“ 朱文艺 卢智先 (西安理工大学I程力学系,西安710048)(西北工业大学I程力学系,西安710072) TANGAnm|n【zHUWenyi。LuZhixian二 (1 』坤““删删∥盹j删一昭胁c^帆%肼7nn踟iP坩j0可胁^删f哪,舡...
韧性材料的几种断裂形式及判据讨论
J0urml0fMwhaIli‘=alstrength 机械珲盘 2(102倒(4m66瑚。 韧性材料的几种断裂形式及判据讨论+ VARIoUSFRACTURESTATUSoFDUCT!LEⅣIATER工ALSAND THEIRCRITERIADISCUSSION 汤安民“ 朱文艺 卢智先 (西安理工大学I程力学系,西安710048)(西北工业大学I程力学系,西安710072) TANGAnm|n【zHUWenyi。LuZhixian二 (1 』坤““删删∥盹j删一昭胁c^帆%肼7nn踟iP坩j0可胁^删f哪,舡7肌7lmw8,(抽lM) (2.脚。九脚n£旷西∥n唧ww懈胁n如,%一所邮fen尸0研甜h啪f‰i舯s肌,“7Ⅱn7l(x)72,矾inn) 摘要考察几种韧降材料的复合型断裂试验过程,用传统强度理论思想认定启裂位置与启裂方向,通过对不同物理 机制的断裂彤式堂化规律的研究,判定韧性材料的主要断裂形式有二类.以牵穴成核、扩张、聚合为土导机制的止拉断, 和以局部剪坷J带形成、发展为主导机制的两种不『吐类型的剪Ⅵ断裂。局部大塑性变形的jn现在材料内引起损伤,空穴的 聚合或局部孵切带的m现仅发牛在载荷达到某一临界值时。导致材料断裂发生的根本因素,是危险点上某应力参数达 到了村料的断裂临界值,以此对不同断裂形式的断裂判据进行讨论,提出新的切性断裂判据。 关键词 复合型断裂 空穴扩张剪切断裂 断裂判据 中国分类号03461 03464 Absl咖tA谢etyofe耐sn峭fmct吡cnlenau刊tosolvethepmblonof缸mtLlreufktde脚扣n副havPbeens撕sned.H㈣一 er,讲㈣¨l州Jit商aarc8pPlied10ducnkm舭“m,山ecm"1usiolJs出waysd0r州∞in—dewi山山e1en”璀他sLIlls’Ik麒严一mern— T玳”PdIJr糟《nⅡxedmodefractL啪ofseveralduc6km8ted划8wiJlheirHemi圳e【lin岫严PerHa证ngdetenmrledthe“nalc删king f”miⅡonanddj仲cnon0fcrackjl培单uwthaoc砌ngto畦他∞nve州onals仃即g|ht}leory,lmvi“g担mgmzedthV鲥甜io¨s0fh邪眦ecaused Lw出』krent曲vH(dmmhanlsm.autho倦believe岫【}IenminwHvsoftI怕fbch】他硝thedudileIIm【矗alcanhPdl订d州itnot}lr∞ groups1kva畔ⅡleIluⅡrlaltenslonheakandthelwod坩eJPlntyI】es缸s}le盯缸(‘tum【:a“tynuclemi叫,elpanslu㈣1c衄J幅Ping龇℃ thI^仰lnanlnwcha■蹦l0fther哪Ilalte蜮on.TI啦shp|ng洲岫摭kpmentofI∞池ddle虹ba州ka陀thedomhlanIlr㈣【uuismof lkm(】d皿e腭【lItyp皓ofshe日r岫mu坤Im甜1z—largepl船tic【listonion衍UcaLlsedamage耐lIlinthen协k“Au山。隅一目o}醑lieve1lmt 山㈣一P∽讹g‘f(·aⅥ睁锄ldhap畔li‘塔0flocali日州she盯}mnd8∽⋯ldywhell㈣疵nl岫dr嘲chesac—tiralvalue.nlefundamenhI hcIor,wIi血Ⅲeslhmcl】n聊ce0fcrackil唱0fnmLe五Hl,ls吐ms呻s8岬n斜er甜thedar】肛rUusP0inl}嘲陀achedlhecntlcd血r· nmvaIlle卅t11PIlmIe打出.BH蝴1tmt}啪。phen(HnetlaIis|甜a1)0ve.s}verdhctIl陀c一忙而afordi如肥nIfmctu咒s㈨M*h“Pkendis- ㈣d’rh肌aulhomPutfomardⅡ1erlewcdte—a. TotlleImIlaltension}Htak.甜thedacewlle糟the【}州h㈣imlortheshPss0fⅡ他fhctu化诘山e“laxilⅦ蛐.111ediltctiMl0f 吐憎岛Pnl豫耐{hed姒1serpoi【lt沁缸出r髓non耐them“i、砒mtens如nsLmss,t}Ek璐1m呲稿istheul缸n甑协rwhichc舢Ⅸesthehap· pe血峭0ff血·tum。whilethmherfwomaillt眦1sionsh㈣a碍妇s枷natefac【oH.nsh咖。fhcture埘thlhee任乩0r衄vily.atfhe n】ace卅㈣l}mL}uPPdi㈣onoft}le日T珊softhefradure诂tI№mHⅪ瑚l肺.t}mdjltcdon矗llmfluct删the(|imctinn斫l}№nmxIⅡl岫 shealsL畔ss.Tl】errmim岫shears"essisl}”rrmillf眦t("w}lichc蛐sethPoccurrPllceofIllebre止.whiletI忙valueofⅡle恤e一(n帅 sI(m0ffhe日伸ss讧山esPcol}daHf州Lurt11ataffjc目thebl℃“Tot}"shearfr州tumwit}10utthee廿&tofcaⅥtv,atL}mDJa(twhe雌t}” t}uee—dlmPlHl阱1orLllcsⅡ幅softhefrarn】IPisthe111a“f£IⅢⅡ.【he(由recdnn计thefractⅧ℃is吐mdi工ectionofthPrrl商111mnshearsⅡPss |Illem雌Ⅲ皿shearm弛ssisL}lelnaillf乩协rth址(锄】坼sthemaIeIi出sllearbr出,whllet|1edtllerhcto鹞havellttlP舒jPbontlistype ofshⅢblPaI:. KeyⅥ"rdMlxedⅡH—efractIl陀;刚姆∞甲aIIsion;sIle盯如ctIIre;Fr9ctIlrecd涮∞ c。州M帆如m:7ⅢG4聊洳,BⅢ以:扎f哗Mm@枷M∞n‘,j缸:+86—29—3235545 Th。pmjNls“p岬l把dbv出es雌cl甜Re阱a"hFound}lthL(N(J01JKl4())mld№lud&i朗cehmndation(2000c28)hmshaanxj Pm订ⅢetlrCliua. Manllsclm姒一eived20010305.1nrevised{曲ll200105【18 x 2伽【t】型H收到初稿,20010508收到修改稿。陕两古教学厅々项利册基金(olJKl40)和眺凸省自然科学堆仑【2000心8)资助』啦H 料湎直民,男,1958年1月生.陕西省滴芰县人,汉族。西安理l大学力学实验室主仃,高级l程师,研究方向为实验力学与断裂力学 万方数据 第24卷第4期 汤安民等:制性利料的几种断裂形式及判据讨论 1引言 韧性材料在上程上虚用广泛,其构件的失效多为 复合型断裂,因而近年来时韧性材料复合型启裂及扩 展的研究较受重视、借助细观分析.了解到韧陀断裂 往往包含多种断裂物理机制””。不同J出眼强度及应 变硬化率的材料,在十u吲载荷条件下断裂形式可能完 全不1司;同种材料,复合比的变化、廊力状态的改变,使 裂端窄穴扩展与断裂机制会发生较大变化。大量试验 结果明,材料在加载过程中,空穴的扩展t,塑件应变 的相互影响会使断裂过平呈变得复杂“,现有的复合型 断裂判据在预测韧|生材料启裂时与试验结果常有较大 m人4’。本文考察了儿种韧性材料的复合刊断裂试 验过程,用传统强度理论思想认定启裂位置‘j启裂方 向,通过对不同断裂形式及物理机制的认识,讨论4i同 断裂过程的主要控制参数,并使刚应力参数对不f_J断 裂形式的断裂削据进行讨论、. / ———=琴鲁长一:二二二二乡~ 圈l启裂电^位与启裂方向捕述 图2单托下的斜裂缠 ngl 11lcposlt】∞mdd"c⋯lFigl Thed^Ⅲ¨Ⅲklnlmsion ofcm(-ki¨111iI{;Ⅲ。 2对裂纹启裂方向的新认识 韧性材料复合型断裂,启裂前裂端已发生钝化与 锐化变形,启裂点“可能位于裂端钝化区或锐化区近 裘层的某一点,该点位置可用与以裂端曲率中心为极 点,过废点的极径与原裂纹延长线的夹角日表示,裂 纹的启裂方向_L}j启裂后一小段路径的拟合直线方向与 原裂纹延长线的爽角n表示,如图1。实际中,钝化裂 纹尖端区中的启裂点处的启裂方向往往不通过原裂尖 中心。2j 对于裂纹的启裂方向,按传统强度理论思想应包 含两点认识,一是启裂点在裂纹尖端附近什么位置,■ 是晰裂沿启裂点I:什么方向发牛;前者如同确定危险 点,后者属分析危险点上的断裂方向。艮期以来断裂 力学试验研究中,把裂纹的启裂方向认作昆扁裂点与 裂尖的连线方m,实质上是用启裂点的位置(方向)代 替启裂方向,混淆了嘣个4i同的概念。在I型裂纹脆 一降启裂中,由于启裂点方向1j其上丰应力方向相重台, 使以r认让I在应用『.掩盖了问的出现;但存U刑.近 Ⅱ型的剪切断裂巾.启裂点的忙置(方向)’J其上启裂 方向相差甚远,凡裂纹肩裂也不‘定经过原裂火点,按 以上认识则不能台理的解释试验结果、通过刘断裂试 什的观察分析⋯,确认将试验中观察到的启裂方向削 定为启裂点的启裂方向较为合理, 3几种韧性材料断裂试验分析 对硬错合会LY】2板材的两种热处理状态的试 件,LYl2cz为淬火、自然时效状态,LYl2M为退火状 态,利用紧凑拉剪试什与特制卡具{U连接,nJ_实现4;同 的I+Ⅱ犁平面应变f、nj题的复合比,从而进行复合型 断裂试验,对小同加载阶段的试件断口及剖衙分析表 明26,LYl2cz材料的启裂点位丁裂端钝化变形区,断 裂机制以卒穴成核、扩张与聚合为丰导,随复合比的增 加,启裂方向rh0。变化到一64.5。,空穴聚合连接的主 要形式由材料韧带的剪叼脱丁f=所至,使扩展路径旱z 字形。lY12M材料的启裂点位于裂端钝化变形区,随 复合比的增大,断面上剪切断裂区域增加,断裂机制也 逐步发牛变化;l型以空穴扩展为乒导,I+Ⅱ复合型 为牵穴扩展、剪切失稳各占一定比例的混台型断裂.Ⅱ 型时以剪切断裂为主导,启裂力向为一21。:断广|分析 表明,Ⅱ型启裂前在启裂区前方虽有一定数量的空涧 形核,但在剪切断裂过程中,窄穴的击r张程度极小,启 裂路径上无z字形出现。对I“100、HYl30软钢tL}J四 点弯曲试样进行的复台型断裂试验表驯“’5J,I刑时启 裂已呈剪断机制,启裂点存钝化裂尖,启裂方向与原裂 纹夹角呈45。,随复合比变化,启裂位置由裂端钝化区 转向锐化区;n型时启裂点位于锐化裂尖,启裂j:『向与 原裂纹方向一致,断裂路径有刮痕出现,并无成恢窄穴 存在,断裂形式为整体剪切断裂。几种材料试验过程 还表明,I.Y12cz材料的剪即脱丌空穴聚台,IY12M栩 料的内颔缩第二代窄穴生成,}Ⅳ100、HYl30钢局部剪 切带在锐化区的出现,均发生住载荷达到最夫值时.材 料的断裂发生在载荷到达最大值叫的一很短过程。 对单拉下的斜裂纹K控制场的应力分析可定性 J’解应力=维度、主应力与最大剪应力随复合比改变 在裂端的分布变化规律,研究图2结构,单向拉伸的厚 板中有长为2n的穿透斜裂纹,裂纹与应力一方向之 间的夹角为口,KI=d/Ⅱnsin2芦,K|_:、+而× sinpcos,。裂尖丰应力及方向也可具体写为 钆=絮■强。s导“n胁筒n号t l古sln4psill2目+sin2卢cos!p(1一i舶:口)+ 万方数据 56H 机 械 强 度2002年 ————————————————————————————————__————————————————————————————————————————————^h———————————————————————一一————————————————————————————_一 sir。3卢cc.s卢r。s挣sin口]’) (1) 旷篱Hsin!胁!“岬一阳n驯(2) 州z。):一■舯。导sjn‰s警一那ms导× (-确暨挈)协m舯s罟sill知萼+ 一例n导(⋯w孙翟)] ㈥ 裂尖应力二三维度丧达J=i=nJ-具体写为 R。=2(·+v)(cns詈sin二卢一sin等sin卢c。s.9)/ √“llsin4卢+nl!sin3卢cos卢+Ⅱ13sin2卢cos2卢(4) 式(4)的推导详见文献[5]。对裂端应力■维度的最大 值月一和所存方垃目,以及该处的a,值及作用面方向 n。的计算结果见表1,对最大剪鹰力值r。利所在方 位口:及其方向a:的汁算结果见表2。 裹l不同复台比下Ⅳ一与其上dl的关系 1曲.1 11.e州删册0fbe帆帅月~a_lddIjIlm厅hⅦ哪ngIIⅡ栅nmo 表2不同复台比下裂尖应力场r.娜值与方向 1曲.2 f~a删恤出r篦6唧I嘲rc州【卸iIlmf妇Ⅷ唧哩晡N。dnm如 口,(。) qJ 7() “) 45 30 20 J0 0 乩,(。) 一帅一124—135一148A】 14 7 0 r,眦/d/i压-05 056205920.5720.4560322j0172o017 。2/(。) 225—92一188—27.7ll 7 4 (】 表1、2中月。。所在方位目,、r一所在方位日:,均为 点位置的表达,与罔1中启裂点所在方位目的表达方 式相同。口。作用面方向a.,k。作用面方向n:,均为 面方向的表达,与图1启裂方向。的表达方式相同。 以上角度的人小1L}j与原裂纹面及延长线的夹角量度, 逆时针为上E。计芹中材料泊松比v取o33,。的不同 不会影响应力方向及其变化规律的改变。 由应力场计算得知,从I型到Ⅱ型变化过程巾,随 复合比的增人,裂端附近应力三维度最大值处的方位 从O。逐渐变化到一99。,位置始终处在裂端钝化区,其 上最大拉应,J作用面也从o。逐渐变化到一65.2。,这与 试验qt测得的lY12cz材料启裂角变化规律相符合, 舟Ⅱ型时应力-维度最大处的最人剪应力作用面方向 为20.2。(一65.2。+45。),这也与I|Yj2M材料在Ⅱ利 时的肩裂方向相一致。接近Ⅱ型时裂端锐化区上最大 剪应力作刚面方向从11。逐渐变化到O。,这与HYl【)【1、 HYl30软钢接近n型时的肩裂方向变化规律也非常符 合、圈此,可以认为LYl2cz材料启裂位置发生存裂 端应力三维度有极大值处,肩裂方向为启裂点上最大 拉应力作用面方向;LYl2M材料启裂位置也发,卜在裂 端应力三维度有极人值处,启裂方向随复合比的变化 『fIj改变,I型、近I型时为肩裂点上最大拉应/J作用面 方向,近Ⅱ型、Ⅱ型叫为启裂点上最大剪应力作州而疗 向;HYloo、HYl30材料启裂位置随复合比变化而改 变,l型、近l型时为裂端应力三维度有极大值处,近 n型、n型时为裂端最大剪应力作用处,启裂力‘向始终 为肩裂点上最大剪应力作用面方向。 综合上述分析,材料不同或应力状态不|_j时,试件 加载过程巾裂端出现的塑性变形大小将不嗣,从而影 响材料断裂机制与断裂形式。如LYl2cz、LYl2M、 }Ⅳ100三种材料其屈服强度及硬化率依次降低,n型 时,LYl2(=Z试件裂纹以空穴扩张、聚合启裂;LYl2M试 件裂纹在有成核空穴存在处发生剪切断裂,但断裂过 程中空穴很少扩张;}rYl00试件裂纹沿裂端最大剪应 力处启裂,且断裂面上未发现成核卒穴。以』+几 种韧性材料的主要断裂形式和特点如下: 正拉断,当加载过程塑性应变不大、体积应变较大 的情况下,空穴的成核与扩张易于进行,启裂位置发生 在裂端钝化区应力三维度有极大值处,肩裂方向为该 处最大拉应力作用面方向。断裂的物理机制表现为, 在应力■维度有较大值区域,宅穴首先在夹杂及第二 相粒子处形核,空穴一旦形核,即在增长着的了轴府力 场作用下不断扩张,空穴的聚合形式多样,起主导作用 的是垂直于最大拉应力方向的相邻空穴问,以剪切脱 开或内颈缩方式发生聚合,导致断裂发生,使断几呈z 字形。 剪切断裂,由于启裂点的位置不同,剪断实际存在 两种情况。一是当加载过程塑性应变较大时,虽然在 钝化区域应力三维度有较大值,存在一定数目的成核 空穴,但空穴扩张程度极小,正拉断小易发牛,受空穴 存在的影响o“.剪断发生在应力三维度有极大值处,肩 裂方向为该处的最大剪应力方向。二是当加载过程中 迥性应堂很大时,大的塑性变形已使材料内的空穴成 核受到阻碍,应力三维度最大处也较少有空穴成核形 成,不再成为危险点,启裂发生在裂端最大剪应力作用 处,启裂方向为该剪应力作用面方向。在危险区域出 现的局部化剪切变形形成的剪切带是导致剪断发生的 主要因素。 混合型断裂,在许多情形下断裂面上止拉断日与 剪切斜断口各占一定区域,启裂先发牛于试件厚度中 心,以空穴扩展向表面及自口方发展,由丁试件表面应力 三维度变小、塑性变形增大,引起断裂机制改变,近表 万方数据 旃24卷第4期 沥霞民等:韧性材料的儿种断裂形式碇判憔lI论 面区域为剪断.启裂方向较为复杂 4影响参数及断裂判据讨论 从细、微观角度考察有计:多物理量影响着材料的 断裂过程,巾丁它Ⅳj在使jn上的复杂陛,给实际应1Lf』带 求困难,昕以人们往任仍从整{本平均影响的角度,从宏 观上训论断裂过狴的影响参数 4.1韧断的主要影响因素 材料4i同其屈服强度及』赶变埂化指数均可能不 同.丰u例受力形成F,其断裂机制Ⅱ10町能不同。Ⅻ帔强 度技应变硬化指数高的材料,裂端塑性变形程度小.易 hE拉断;反之,屈服强度搜应变硬化指数低的材料. 裂端塑性变形程度人.易于剪切断裂。复合比的不同, 使裂端廊力场产生了变化,州应力i维度值的大小“, 表示三轴应力状态的不同程度;应力=维度值高,则偏 于受批状态,材料易于正{口断;垃力三维度值低,则偏 于受剪状态,利料易于剪断。 试验分析还表明,几种韧性材料在加载过程中.当 载荷值较大叫,虽然裂端均m现不同程度的塑性变形, 但在启裂前裂端塑性变形表姚卅相对均匀,并无局部 大塑性变肜发牛j局部大塑件变形的出现、空八的聚 合或产生局部剪切带.仪发生在裂纹开始肩裂时。同 时,多种韧件材料的冷作硬化现象也表明.刘单向加载 罕材料强化阶段后再卸载,材料发生硬化,只降低材料 的塑性变形能力,并不改变材料原有的强度极限,材料 的断裂仅发,卜在鹿力达到强度极限以后。以上试验现 象说明,当应力参数达到某临界值时,材料内出现局部 大塑性变形,形成损伤,导致材料断裂。 4.2断裂判据的讨论 目前解决材料断裂问题的一些常用理论,不论是 传统的材料断裂强度条件,还是后发展的断裂力学准 则,尚存在一些需要完善之处。存在的问题有,如断裂 判据的建立缺乏物珲机制为依据,常使用一种理论、一 个判据表达式解决不同类型的断裂问题,对复杂应力 场巾断裂控制参数及断裂危险点的确定尚无统一的认 汉,一些复合刑断裂试验结果也不能用现有理论给出 合理的解释,结合上述试验与理论分析,对韧性材料 的断裂判据谈以下认识。 对断裂机制以空穴的成核、扩张、聚台为主导的正 拉断问题,危险点在裂端应力三维度有最大值处,启裂 方向为该处最大挣应力作用面方向,该拉应力是引起 材料断裂的丰婴蚓素,其他两个土』越力为次要影响岗 素,:_危险点上上应力的组合达到临界值时,启裂发 ,L,线性启裂条件町简写为 口l+6j(d二十口3)=cl (5) 式中6.为口:、口,耐口.方向断裂的影响系数(0<6< 1),r,为临界值。二者均由材料特性决定,需通过嘣 个不同府力状态、材料的止拉断断裂力。7‘试验确定 6¨的值。,文献『8]已对式(5)的使用作r叙述、以 卜断裂条件【i王nr适用ff拉断形式的金属材料的常规 断裂。, 埘于剪切断裂问题需分嘣种情况考虑。一是存存 空穴对断裂的影响,危险点在裂端应力三维度有最大 值处.肩裂方f旬为该处最大剪应力力向,该最大剪应力 足引起材料断裂的主要因素,应力=维度值的大小为 次要影响因素。当危聆点f:最大剪应力与直力_三维度 的绢合达到临抖值时断裂发生,线性启裂条什呵简写 为 r一+6:兄=(-2 (6) 式中见为危险点|.的应力■维度值,61为应力三维 度影响系数,c,为临界值。6,、c,需通过材料的两个 不同应力状态的同类型剪断的断裂力学试验确定。 二是大塑性变形情况下,不存在空穴对剪断的影 响,危险点在裂端最大剪应力作用处,启裂方向为该最 大剪应力方向,裂端最大剪应力是引起材料剪晰的主 要因素,其他闻索的改变对废类剪断的影响很小,当 裂端最大剪J,i力值达到临界值时断裂发生,剪断条件 可表达为 rⅢ、=c3 (7) 式rfc,为临界值,由材料的该类断裂力学试验测定。 对1.c9R铝合金材料进行常舭扭转破坏试验、压缩破 坏试验.压缩试件应力计算时考虑直径变化,在两种不 同应力状态r,材料发生剪切断裂时最人剪应力值基 水相同(均为235MPa左右),fj王说明应力状态的变化 对此类剪断影响较小。 已有的研究”4o指出,对韧性材料不同物理机制的 断裂,应山三维度存在着分界值,当危险点上应力三维 度大于该世时,断裂形式为正拉断,否则断裂形式为剪 断。文tfr分析则表明,对于以上三种断裂形J=!=则成存 在嘣处应力二维度分界值,依次判断材料发生正拉断、 有空穴影响的剪断和没有空穴影响的剪断.分界值应 与材料特性有关,不同材料的应力三维度分界值也将 ji同 如对LYl2M材料,发生正拉断与有牵穴影响的 剪断,应/J三维度分界值大约为o9—1.04。对 HYjoo、H、【30材料,发生有空穴影响的剪断与尤空穴 影响的剪断”1,廊力三维度的分界值大约为l36, 式(5)、(6)、(7)给出的断裂判据,宏观卜考虑了材 料与应力状忿的不同、断裂形式发生的变化;小质r则 是反映H;不同塑性变形程度下,若断裂机制改变.则断 裂过程摔制参数也将不同。式(5)用于常规断裂.准确 地i卜算不同牌号铸铁构什拉、胍受力的强度问题⋯,用 于断裂力学,可合适的计算含裂纹高强度钢板的破坏 载荷“oJ。式(5)、(6)的综合使用,能合埋解释LYl2cz、 万方数据 570 机 械 强 度 2002年 1.Y12M捌料复合型断裂试验中裂纹的启裂方向及变 化规律。式(6)、(7)的使_L}j,『J{|J能台理解释HYl00、 HYl30软刑复台型断裂试验中,裂纹启裂位置与启裂 方向的变化规律。这些均弥补了蚍有断裂弹沦存在的 小足 5结论 1)受材料特性不同与应力状态变化的影响,材料 断裂过程中物理Wl制会Ⅱ}现变化,构件发生不同的断 裂形式埘裂纹件与尢裂纹体,韧性材料的丰妥断裂 形式有二类,以空八成核、扩张、聚合为主导机制的正 拉断,和以局部剪切带形成、发展为主导机制的两种不 同类副的剪四断裂。 2)不同的断裂形式对应着不同的断裂物理机制, 导致材料断裂发生的主要因素也不同,主导正拉断裂 的主要因素是最大拉府力.主导剪切断裂的丰嬖闪素 是最大剪应力,应力三维度值大小的次要影响也不容 忽视。任何一种断裂判据,Hnf能适台解决一种类刑 的断裂问题;刘实际中不同类型断裂,应建立不同类型 的断裂判据,以解决其结构安今问题。 3)不同材料,柑同三轴应力水平可能发生小同形 式的断裂。相同材料中应力了维度的大小对材料断裂 形式起着决定性的作用,随应力三维度从高向低依次 变化,材料的断裂形式也将由币拉断依次转变为有空 穴影响的剪断和没有卒穴影响的剪断。对具体材料影 响断裂形式改变的应/J三维度分界值,尚需作进一步 的试验研究。 Rdbreno雌 7HFN(;(:han41lng,ZHOUk,ZH^NCKe8hI111eductlled锄1舻甜n州- (上接第549页continuedfmmpa簧e549) 低载锻炼,疲劳强度仍然得到r提高,总寿命也提高。 本文对前轴进行的针对性比较试验,证实在适当 的条件下,高低载荷交替多次作用的低载也可以提高 疲劳寿命。结构的最终寿命取决于强度衰减(损伤)速 率和强度提高速率,而不是仅考虑损伤所能确定的。 7结论 1)通过较为系统地试验研究与分析,发现低载强 化现象在结构件卜-的存在。同时发现对结构具有强化 效果的低幅载荷存在·个区间。 2)强化载荷的幅值不同,在同样的锻炼次数下对 结构的强化效果不『矗J。 3)同一低幅载荷幅值,锻炼次数不同,结构的强化 程度也不同。 4)在适当的条件r,高低载荷交替多次作用的低载 崾可以提高疲劳寿命。结构的寿命由强度衰减(损伤) 速率和强度提高速率共同决定,而不是仅由损伤决定。 小⋯ln卅⋯h圳⋯m岫a|)pllcmion出地sc心Bejl哗:NaIl。n甜雎- f愀llldll“w}hss】995(h1“l㈣c)(郭长卿,用利,张克蛮争扁 韧陛破卅、的细观力学及其应用研究北泉:同防|_业H{版补。 jW5) 2 ZU0lionPⅢ㈣ha11】洲dcnlcdon甜nuxc(1一111。dccl龉llcpl鹊【lrh", fumfPhD 1hesls]Ⅺ’肌:Nonhwem唧rolⅥechm浏unlⅧi11m%. 】996(Inch·n㈣)(左发弹塑性复台型断裂的力学机理和判据[博 士学位]西安:西北r业大学.19%) 3 UZh讪uan,KUANCZhenban#Th㈨ch柚smm砌1¨靠d⋯ne蝌 ‘nt⋯lorv01lI‘Ⅸl【PsceTl(Puru{町【I】fre坩nIsI陀《仃1叫dllvAPmMe小aⅢ一 cdlnlca,2【)【)【),32(4):428~4w(1n(=llir⋯)(李振环.匡振邦考虑 三轴约束时孔洞的聚台机圳及有效能量准Ilq力学学报,2㈣,32 (4):428~437) 4 Bhmlacha门肝DIhrlllPfmr⋯㈨HYl00m咒lⅡnd⋯x。d啪de【/Ⅱ10dc Ⅱloa【ll唧.如【8MddlMm盯,1994。42(5):1747~】754 5 Macc鲫nb】IM TI"ⅢlxdhrK—eI/Ⅱfraceu”鼢州0rofIl曲llv蛔n— per甜HYl30neelmr00m【晔咖ll件‰目18-唧lⅥ州h,1992,4l(6): 805~820 6 TANCm血,S}IIju“p1峭.Lo¨7嘲蛐nl㈣目Ⅲlf。r出e叫m甜lni. IlmIo兀br嘲k明d出e出n州∞0fa砒k鲫w山lnIrIix—m“lefT地nue0f ductlkmm舢出JoI】maIorM州kmirdst聊劬,2帆,24(2J:266~枷 m口l·nesc)(洒安R.岬俊平.卢智先韧性材料复台型断裂启裂苣 与开裂方向的讨论机械强度,20。2,24(2):266~269) 7 YaIll蚰“oH f抽dJIlonsfbrshe盯J叫di跚l⋯n山cduc【Lleh州um0f WldcoⅡlain吣rⅢ∞也hJ FⅢt.1_=玎8,(4):347~365. 8 T^M;^删in,WANCZ}I叩删nProMem蚰dd⋯⋯㈣【nk¨衄0ffracl㈣h⋯sJo¨malofMe曲±111ic甜Strer劬,2001.:3(2):222~ 丝5(Inch⋯e)(汤安民.王忠民断裂力学判据存在的一十问题世 讨论机械强度.2001.23(2):222~225) 9 TANG山删nAs【rcTl础c∞出“(m㈣deIjng山eefhl0fdl刚l㈣. 船MPc}mn㈣蛐dI、wllce,20。。,22(4):54—55(1n(㈨m肿)(两蟹民 一个考虑形变能影响的脆断强度条件.力学与实践,2∞o。22(4): 54—55) 10 T^№ArlrI】jn,SmJun讲雌111ed㈣ion0n妇uJ帅IPion甜c唧lex sⅡ糊s诅kh】mal盯x1’蛐UD嘲ityofTec}111do甜,2000.16(4):47~50 (hc虬ne宕e)(汤安民,帅俊平复杂应力状态断裂判据的讨讫匹 安理工大学学报,200。,16(4):47~ⅨJ) Ref岫oes l }h·mNF,M心KJ.I诎KIT‰dmedbvwarIEYL.蝴㈨BQ.Me皿 FaI】舭e.B嘶1rIg:M啦uu画t‘却I讪lm丌rhss,1984.28—30“na一弛) (FmmNE,Ma曲KJ,P诎KI著,汪一精,鄙本逑译金属疲劳.北 京:冶金1:业出版社,1984.28—30) 2 Ⅺ’anJiaolong㈨vemltySP。ddi州eformmen山0f【Iletdmld山刚 H∞n群h弛’an:Ⅺ‘anJl舯tongunj㈣‘yPress,1972.76~80【Inchl- n酬)【西安交通大学.金属材料及强度专辑(第二集)西,蚩:两安交 通大学出版社.1卯276—80) 3 zIIENGsL R叫耐1y0rrallgIl。stI肌g山im瑚se0fnm【axleanerl肌 洲111itL】r{eloⅡdlngIPhD1tle目自]ch叭gchu“:川TlUn⋯l可0f1khndo一 盯,1㈣(b、‘^1n哪)(郏橙林低幅交变载荷对前轴疲劳强度强化的 研究[博十学忙论文]长春:吉林l:业大学,1999) 4 WANGZ,C}煳ZWIlⅢuencedmTlal】】naLI(-vcle硎ss;0non缸l州eda玎1. 8铲mrI㈣ulⅢionrh∞甜m学of出eSeven山hnema【h“Fdll蚪eC0nⅣ℃∞, B目Ⅲg.】999 5 ZHENCSL,Ch彻PYS,JmXP Res朗rcll吼出eln惴i“洲1eⅢ m开n对h0fvehldeparL8anerI洲邺Iilll‘lPlomIlng.1‰潍cion80fUlP(:hl一 ⋯mlHv¨I^鲥fulnlralMac】1i㈣1999.30(4):∞~87(InChine÷e) (郑松林.稗睫荪.金锡半经受低幅变』变载倚岳午辆零件删服强懂 增K舰律的研究农、m机械学报.1哪,3()(4):(83~87) 万方数据 韧性材料的几种断裂形式及判据讨论 作者: 汤安民, 朱文艺, 卢智先 作者单位: 汤安民,朱文艺(西安理工大学,力学系,西安,710048), 卢智先(西北工业大学,工程力 学系,西安,710072) 刊名: 机械强度 英文刊名: JOURNAL OF MECHANICAL STRENGTH 年,卷(期): 2002,24(4) 被引用次数: 13次 参考文献(10条) 1.郑长卿.周利.张克实 金属韧性破坏的细观力学及其应用研究 1995 2.左宏 弹塑性复合型断裂的力学机理和判据[学位论文] 1996 3.李振环.匡振邦 考虑三轴约束时孔洞的聚合机理及有效能量准则[期刊论文]-力学学报 2000(04) 4.Bhattacharjee D Ductile fracture in HY100 steel under mixed mode Ⅰ/mode Ⅱ loading 1994(05) 5.Maccagnob T M The mixed-mode Ⅰ / Ⅱ fracture behavior of lightly tempered HY130 steel at room temperature 1992(06) 6.汤安民.师俊平.卢智先 韧性材料复合型断裂启裂点与开裂方向的讨论[期刊论文]-机械强度 2002(02) 7.Yamamoto H Conditions for shear localization in the ductile fracture of voidcontaining materials 1978(04) 8.汤安民.王忠民 断裂力学判据存在的一个问题及讨论[期刊论文]-机械强度 2001(02) 9.汤安民.刘协会 一个考虑形变能影响的脆断强度条件[期刊论文]-力学与实践 2000(04) 10.汤安民.师俊平 复杂应力状态断裂判据的讨论[期刊论文]-西安理工大学学报 2000(01) 相似文献(4条) 1.学位论文 左宏 弹塑性复合型断裂的力学机理和判据 1996 2.会议论文 左宏.李超 复杂应力状态下裂尖的损伤及变形分析 1996 工程实际中,大量的零构件的受载形式是较复杂的,随着零构件使用寿命的增加,构件中微裂纹乃至宏观裂纹的形核不可避免。该文针对平面应变 Ⅰ/Ⅱ型问题,用四点弯曲试样对裂尖周围的应力应变场、应力三维度及空穴扩张比参数的分布进行了较仔细的有限元分析。与实现实验的比较发现 ,空穴扩张比叁数能较好地描述复合型断裂时裂纹起裂的方向及过程。 3.会议论文 孙国有.吴立军.王晓春.郑津洋.杨铁成 倾斜裂纹的韧性断裂与安全分析方法 2001 倾斜裂纹的韧性断裂具有与脆性断裂不同的特点,现有安全评定规范对倾斜裂纹的处理采用投影法,其理论依据是脆性材料复合型断裂准则,不能得到 足够精确的结果.本文根据四点弯曲试验的观察结果研究复合型断裂机理和破坏模式,发现韧性材料存在着空穴扩张型和剪切滑移型两种细观破坏机理,相 应地,复合型裂纹试件也存在着韧窝型和集中剪切型两种断裂模式.它们的发生决定于破坏部位的三向应力状态,在裂纹试件中又决定于Ⅰ-Ⅱ型载荷比.本 文进一步介绍了上述成果在倾斜裂纹的失效评定图中的应用. 4.学位论文 魏志刚 Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则与细观过程关系的研究 2003 该文主要的工作是在试验的基础上,结合细观断裂力学当前的研究进展,通过有限元计算和模拟分析,研究了平面复合型断裂中各种力学参量对圆弧尖 端裂纹断裂的影响,比较分析了现有的起裂判据、断裂扩展方向的判定方法以及断裂模式的转换条件.文中分析了带有圆弧裂纹尖端的16MnR钢制四点弯试 件中三轴度参量的变化规律及其对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的重要作用.在圆弧裂纹试件中,裂尖附近的三轴度较高的点呈脊线分布,按照脊线分布拟合计算得到 的三轴度脊线夹角在偏心距So>3mm时与试验测得的断裂角符合较好,这种情况下试件发生的是韧窝型断裂.对裂纹尖端张开位移CTOD及其张开型分量 δ<'Ⅰ>和剪切型分量δ<'Ⅱ>的分析表明,在试件发生韧窝型断裂时,按照圆弧裂纹中CTOD矢量的垂直方向预测的断裂角与试验测得的断裂角符合较好,与 三轴度脊线预计的结果也比较一致.另外,比较了CTODⅠ型分量起裂临界值δi<'Ⅰ>与临界宏观空穴扩张比V<,GC>作为韧窝型起裂判据时在该文模型中的 适用性,发现两者预测的起裂载荷基本一致,相对而言,V<,GC>判据更加准确一些.文中还分析了V<,G>参数的变化情况.该文通过对圆弧尖端裂纹的分析表 明:对于韧窝型断裂的起裂,可以依据Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的SX准则按照δi<'Ⅰ>来预测起裂载荷,也可用V<,GC>判据来预测起裂载荷,二者结果相近;对于韧 窝型断裂的断裂角,用CTOD矢量方向和三轴度脊线方向判断均和试验结果基本.该文分析还表明有效塑性区的扩展路径与试验中集中剪切型断裂的路径比 较一致.总之,该文的研究结果表明,裂尖宽度为0.12mm的非尖锐裂纹的断裂行为与尖锐裂纹基本相同,但起裂载荷较高. 引证文献(13条) 1.舒安庆.吴开斌.魏化中.赵敏 燃气管道裂纹扩展G判据及分形研究[期刊论文]-机械强度 2009(5) 2.陈立佳.刘莹.田宇兴.马春艳 等径角挤压Al-4%Mg-0.3%Ce合金的拉伸及断裂行为[期刊论文]-热加工工艺 2009(11) 3.李智慧.刘协会.汤安民.师俊平 金属材料在应力空间中理想断裂面的探索[期刊论文]-西安理工大学学报 2008(3) 4.罗彦祥 SiCp/Al复合材料断裂韧性的影响因素及思考[期刊论文]-宁夏师范学院学报 2007(6) 5.马凯.李智慧.汤安民 金属材料断裂与应力状态参数的关系[期刊论文]-西安理工大学学报 2007(2) 6.刘天鹏.师俊平.汤安民.马凯 脆性材料单压时断裂机理与强度尺寸效应的试验研究[期刊论文]-西安理工大学学 报 2006(3) 7.李智慧.汤安民.师俊平 几种合金钢断裂机理与宏观断裂方向的研究[期刊论文]-西安理工大学学报 2006(1) 8.杨新辉 脆性/韧性断裂机理与判据及裂尖变形理论研究[学位论文]博士 2005 9.汤安民.师俊平 几种金属材料宏观断裂形式的试验研究[期刊论文]-应用力学学报 2004(3) 10.汤安民.韩星明 脆性材料破坏与莫尔理论存在的问题[期刊论文]-力学与实践 2004(2) 11.汤安民.刘天鹏 韧性材料断裂形式与J准则存在的问题[期刊论文]-机械强度 2004(z1) 12.汤安民.刘泽明 铝合金材料断裂形式变化规律的试验分析[期刊论文]-西安理工大学学报 2003(3) 13.汤安民.王静 几种金属材料断裂形式变化规律的试验分析[期刊论文]-实验力学 2003(4) 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxqd200204023.aspx 授权使用:太原科技大学(tykjdx),授权号:1909e7c8-ebeb-4aa9-9abd-9e1c00d6365c 下载时间:2010年10月27日
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