阅读量：

803

作者：

谢培

展开

摘要：

随着现代工业的发展,断裂力学被越来越广泛地用来分析和解决各种工程实际问题.在现有的断裂理论中,常认为裂纹沿裂纹延长线扩展,各种断裂判据(如G判据和K判据)也是建立在裂纹沿直线扩展的基础之上.然而,裂纹的二次断裂的现象被大多数研究人员所忽略.二次断裂现象是指:裂纹在沿直线扩展之后出现的方向改变的现象,如裂纹的分叉(—)和两种折弯形式((?)),((?))等. 本文旨在分析裂纹分叉的原因以及裂纹分叉带来的止裂作用;解释了二次断裂现象较少被观察到的原因;预测了裂纹的分叉角和折弯角;计算了裂纹分叉和折弯时临界裂纹长度;提出了预测二次断裂之后裂纹走向的方法,并对于文献中观察到的二次断裂形式进行总结. 本文首先从能量释放率的角度研究裂纹分叉和折弯的原因,应用裂纹沿能量释放率最大方向扩展的物理机制,计算出Ⅰ型裂纹的分叉断裂韧性KICb,以及折弯断裂韧性KICk等与Ⅰ型裂纹平面应变断裂韧性KIC之间的关系,解释了Ⅰ型裂纹通常先经历沿直线扩展,再经历分叉或折弯的原因,并且从理论上预测了裂纹在理想条件下分叉角和折弯角;然后,从实验的角度验证了所得结论KICb≈1.3IC,分叉角α≈65.的正确性;此外,本文还从裂纹分叉使裂尖应力强度因子减小并使材料韧性强化的角度分析了裂纹分叉的止裂作用,得出分叉具有较为重要的止裂作用,而折弯对于裂纹的止裂贡献不大的结论;本文还计算了裂纹分叉和折弯现象发生时主裂纹的临界长度,从而解释了二次断裂现象较少被发现的原因;此外,本文还针对裂纹在分叉或者折弯之后裂尖的走向问题,指出了问题的难点所在,提供了具体的分析方法和研究思路;最后,整合了现有资料中出现的裂纹分叉及折弯的具体实例,分析了已观察到的裂纹分叉角和折弯角与本文的计算结果有一定误差的原因,并针对不同原因提出相应的修正方案等.在工程上对于预测裂纹是否会分叉,以及分叉的角度和裂尖的走向等方面具有一定实际意义.

展开

关键词：

裂纹分叉 能量释放率 断裂力学 物理机制 韧性强化

学位级别：

硕士

学位年度：

2011

DOI：

10.7666/d.J0124227

被引量：

5