工程中的斷裂事故
(1)1969年美國F-111飛機在執(zhí)行飛行訓練途中,做投彈恢復動作時,左翼脫落導致飛機墜毀。當時的飛行速度、總重量和過載等指標遠低于設計指標,經檢查分析后發(fā)現(xiàn)是制造時熱處理不當,機翼樞軸出現(xiàn)缺陷,漏檢后經疲勞載荷作用,裂紋繼續(xù)擴展,造成低應力破壞。
(2)美國二戰(zhàn)期間2500艘自由輪,700艘嚴重破壞,145艘斷成兩段,部分在平靜的海面發(fā)生,均采用高強度材料。事后分析發(fā)現(xiàn),焊接接頭處的應力集中,在溫度降低時沖擊韌性降低,斷裂容易發(fā)生。
(3)1938年比利時費廉爾大橋斷成三截。
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什么是斷裂力學?
大量研究指出,脆斷總是由宏觀裂紋引起的,而對于大多數(shù)零件和結構來說,宏觀裂紋的存在是不可避免的。帶裂紋材料的強度取決于材料對裂紋擴展的抗力,這種抗力由材料內部屬性決定。應用彈、塑性理論和新的試驗技術,研究裂紋尖端附近的應力、應變場和裂紋的擴展規(guī)律,即為斷裂力學。
構件斷裂的過程
(1)裂紋的生成:① 在環(huán)境(疲勞、腐蝕、應力、溫度等)的影響下,在構建的應力集中處產生宏觀的微小裂紋;② 材料自身的缺陷;③生產加工過程出現(xiàn)的裂紋。
(2)裂紋的亞臨界擴展:在環(huán)境的影響下,構件服役過程中宏觀微小裂紋逐漸緩慢擴展。
(3)裂紋開始:在應力作用下,裂紋逐漸擴展,達到臨界長度,構件突然失穩(wěn)破壞。
(4)裂紋傳播:失穩(wěn)的裂紋以高速傳播,速度可達在材料中聲速的1/4。
(5)裂紋停止:裂紋失穩(wěn)后可以穿過整個結構,使結構件破壞;或在一定條件下,裂紋停止。
斷裂力學的分類
斷裂力學的目的
斷裂力學力學角度研究斷裂過程的各個階段,在大量試驗的基礎上研究帶裂紋材料的斷裂韌度和裂紋生成、擴展、失穩(wěn)、止裂等規(guī)律,為產品提供更安全的設計。
斷裂力學與材料力學的關系:
斷裂力學雖然與材料力學類似,但他們的主要設計思想還是不一樣的,這是最近的一份筆記(字跡比較丑,大家將就看看,看不懂的可以在討論區(qū)留言),本文從構件不同的受力狀態(tài)簡單記錄關于斷裂力學與材料力學的差異。
雖然將斷裂力學分為宏觀和微觀兩方面,但在實際使用中并不用分得那么清楚,很多情況下,宏觀斷裂也需要用微觀機理來解釋。
通過斷裂力學的學習,可以讓我們對斷裂規(guī)律有更進一步的認識,對缺陷進行剩余強度和壽命的分析,對指導前期材料設計有著重要的意義,也更貼近實際。根據實際應力計算出缺陷的臨界值,可用來控制缺陷的探傷要求;計算得出的材料剩余壽命,可用來指導選材及估算構件使用壽命。