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合型及常規(guī)斷裂行為和規(guī)律,并從斷裂試驗、斷裂準則、應力場計算以及斷裂機理分析等多方面對復合型斷裂問題進行了深入研究,取得以下重要進展:1.受材料特性不同與應力狀態(tài)變化的影響,材料斷裂的物理機制會出現(xiàn)變化,導致構(gòu)件發(fā)生不同的斷裂形式。不同材料,相同三軸應力水平可能發(fā)生不同形式的斷裂;同一材料,隨應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。對于以上五種機理應存在四處應力三維度分界值,依次判斷材料發(fā)生上述五種機理。分界值與材料特性有關(guān),不同材料的應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理及裂紋頂端必然發(fā)生鈍化和應力應變有界這兩個客觀事實出發(fā),目前斷裂力學中的奇異性理論不應成為討論裂紋擴展判據(jù)的基礎,裂紋體與無裂紋體的斷裂判據(jù)應該是一致的。3.本文在細觀機理基礎上,從非奇異理論出發(fā)建立宏觀多參數(shù)斷裂準則

3、,應用時則采用假定的實用計算方法。這樣既繞開了早期奇異性理論基礎上的缺陷,又避免了非奇異理論帶來的數(shù)學上的困難,而且該準則從危險點臨界應力參量出發(fā)建立,易與材料細觀斷裂機制相聯(lián)系,也與傳統(tǒng)強度理論思想接近,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,且起裂點也只是變形點;材料的斷裂過程可能是,當應力參數(shù)達到臨界值時,出現(xiàn)細觀組織斷裂,并快速地引發(fā)宏觀斷裂。同時發(fā)現(xiàn)材料特性和應力狀態(tài)是影

4、響材料斷裂韌性試驗測量結(jié)果的兩個主要因素,否定了斷裂韌度測試試驗中對厚度等尺寸的不合理要求,認為平面應變斷裂韌度KIC反映的是材料發(fā)生正斷的指標,而厚度對其的影響僅表現(xiàn)了應力狀態(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理主要為孔洞剪斷,這是兩種不同機制的斷裂問題,由此得到的試驗數(shù)據(jù)并不能合理地反映材料發(fā)