材料科學(xué)基礎(chǔ) 第九章

1、第九章失效一、學(xué)習(xí)目的一個部件或結(jié)構(gòu)的設(shè)計常常要求工程師使失效的可能性降到最小。這樣，理解各種失效模式的機制就很重要，即：斷裂、疲勞和蠕變。此外，熟悉所應(yīng)用的合適的設(shè)計原理，以防止服役中失效二、本章主要教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)本章后你可以做如下：1.描述韌性與脆性斷裂的裂紋擴展機理。2.解釋脆性材料的強度比理論計算值低很多的原因。3.以術(shù)語來定義斷裂韌性（a）簡單陳述（b）給出公式，說明公式中所有參數(shù)。4.分辨應(yīng)力集中系數(shù)、斷裂韌性、平面應(yīng)變斷裂韌

2、性。5.簡單解釋為何相同陶瓷材料的同樣試樣的斷裂強度通常會顯著分散。6.簡單描述陶器出現(xiàn)細微裂紋的現(xiàn)象。7.給出名稱并描述兩種沖擊斷裂實驗技術(shù)。8.定義疲勞并特殊說明產(chǎn)生條件。9.從某種材料的疲勞圖上確定：(a)疲勞壽命（在特定應(yīng)力值下）；(b)疲勞強度（在給定循環(huán)次數(shù)條件下）。10.定義蠕變，詳細說明其產(chǎn)生條件。11.給出某種材料的蠕變圖，判定(a)穩(wěn)態(tài)蠕變率，(b)斷裂壽命。1.重要名詞、概念和基本定律（中英文對照）Ductilef

3、racture.Amodeoffracturethatisattendedbyextensivegrossplasticdefmation.延性韌性斷裂：一種伴隨大量塑性變形的斷裂方式。Brittlefracture.Fracturethatoccursbyrapidcrackpropagationwithoutappreciablemacroscopicdefmation.脆性斷裂：通過快速裂紋擴展發(fā)生斷裂，沒有明顯的宏觀變形。Tra

4、nsgranularfracture.Fractureofpolycrystallinematerialsbycrackpropagationthroughthegrains.穿晶斷裂：多晶材料裂紋穿過晶粒擴展而斷裂。Intergranularfracture.Fractureofpolycrystallinematerialsbycrackpropagationalonggrainboundaries.沿晶斷裂：多晶材料裂紋沿著晶界擴

5、展而斷裂。Fracturemechanics.Atechniqueoffractureanalysisusedtodeterminethestresslevelatwhichpreexistingcracksofknownsizewillpropagateleadingtofracture.斷裂力學(xué)：一門斷裂分析技術(shù)，用于確定已知尺寸的預(yù)先存在裂紋擴展并導(dǎo)致斷裂的應(yīng)力水平。Stressraiser.Asmallflaw(internal

6、surface)astructuraldiscontinuityatwhichanappliedtensilestresswillbeamplifiedfromwhichcracksmay應(yīng)力集中：一個小裂縫（內(nèi)部或表面的）或者是結(jié)構(gòu)不連續(xù)，在該處施加的拉伸應(yīng)力將被放大，裂紋會擴展。Fatiguelimit.Ffatiguethemaximumstressamplitudelevelbelowwhichamaterialcanendur

7、eanessentiallyinfinitenumberofstresscyclesnotfail.疲勞極限：對疲勞而言，最大應(yīng)力幅值水平，低于該值材料可以承受無限次應(yīng)力循環(huán)而不失效。Fatiguestrength.Themaximumstresslevelthatamaterialcansustainwithoutfailingfsomespecifiednumberofcycles.疲勞強度：對應(yīng)某一特定循環(huán)次數(shù)，材料能承受而不失效

8、的最大應(yīng)力水平。Casehardening.Hardeningoftheoutersurface(‘‘case’’)ofasteelcomponentbyacarburizingnitridingprocessusedtoimprovewearfatigueresistance.表面硬化：通過滲碳或滲氮方法使鋼件的外表面或“表面”硬化，用于改善耐磨性和抗疲勞性。Creep.Thetimedependentpermanentdefmati

9、onthatoccursunderstressfmostmaterialsitisimptantonlyatelevatedtemperatures.蠕變：承受應(yīng)力時依賴于時間發(fā)生的永久性變形，對大多數(shù)材料而言只在高溫下重要。Crosionfatigue.Atypeoffailurethatresultsfromthesimultaneousactionofacyclicstresschemicalattack.腐蝕疲勞：由循環(huán)應(yīng)力和化

10、學(xué)腐蝕同時作用導(dǎo)致的一類失效。Fatigue.Failureatrelativelylowstresslevelsofstructuresthataresubjectedtofluctuatingcyclicstresses.疲勞：在相對低的應(yīng)力水平下，承受交變和循環(huán)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的失效。Fatiguelife(Nf).Thetotalnumberofstresscyclesthatwillcauseafatiguefailureatsome

11、specifiedstressamplitude.疲勞壽命(Nf)：在某一指定應(yīng)力幅值下，引起疲勞失效的應(yīng)力循環(huán)總數(shù)。Stressintensityfact(K).Afactusedinfracturemechanicstospecifythestressintensityatthetipofacrack.應(yīng)力強度因子(K)：斷裂力學(xué)中使用的一個因子，說明裂紋尖端處的應(yīng)力強度。Thermalfatigue.Atypeoffatiguef

12、ailurewhereinthecyclicstressesareintroducedbyfluctuatingthermalstresses.熱疲勞：一種疲勞失效類型，循環(huán)應(yīng)力是由于交變熱應(yīng)力引起的。2.主要例題、習(xí)題的分析解答指導(dǎo)舉例9.1較大塊玻璃承受40MPa拉力，如果其比表面能和彈性模量為0.3Jm2和69GPa，求不產(chǎn)生斷裂的最大表面裂紋長度。解答：解此題必須用公式9.3，把a作為應(yīng)變量重組表達式，已知：σ=40MPaγs=