疲劳与断裂6PPT课件.ppt
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1、1,第六章 表面裂纹,6.3 弯曲载荷下有限体中表面裂纹的K,6.1拉伸载荷下无限大体中的表面裂纹,6.2 拉伸载荷下有限体中表面裂纹的 K,返回主目录,2,第六章 表面裂纹,结构中 的裂纹,表面或埋藏裂纹的形状一般用半椭圆描述。,3,表面裂纹是三维问题,其应力强度因子的计算, 对于断裂分析、疲劳裂纹扩展寿命估计十分重要。,由于问题的复杂性,难以得到解析解。 本章主要介绍若干可用的近似、数值解及其应用, 不讨论应力强度因子的具体求解过程。,4,6.1拉伸载荷下无限大体中的表面裂纹,1.无限大体中埋藏椭圆裂纹的应力强度因子,5,对于给定的a、c,积分E(k)为常数。 可见,椭圆裂纹周边的应力强度
2、因子K随而变化 。, 为过裂纹周线上任一点的径向线与长轴之夹角。,6,7,2. 半无限大体中半椭圆表面裂纹的应力强度因子,8,情况1:c, a/c0,9,F. W. Smith得到拉伸载荷作用下半空间中表面半圆 形裂纹最深处(=/2) 的应力强度因子为:,情况2: a=c, a/c=1,半圆形表面裂纹,10,第一式具有简单的线性形式;与第二式相差不到1%。,Scott(1981)给出的第三式在预测半椭圆裂纹疲劳扩 展形状改变时,结果更好,与前二者最大相差3%。,11,我们关心的还有半椭圆裂纹表面(=0)处的 应力强度因子。,12,半椭圆裂纹表面(=0)处的应力强度因子可写为:,13,本节介绍N
3、ewman和Raju(1983)用三维有限 元计算,系统研究有限体中三维裂纹在拉伸载 荷作用下的应力强度因子后给出的结果。,6.2 拉伸载荷作用下有限体中 表面裂纹的应力强度因子,若零、构件的尺寸与裂纹尺寸相差不很大, 则用无限大体中裂纹的解,将有较大的误差。 因此,需要研究有限尺寸对裂纹尖端应力强度 因子的影响。,14,1. 埋藏椭圆裂纹,且满足: 当 0a/c0.2时, a/t1.25(0.6+a/c); 当 0.2a/c时, a/t1,应力强度因子可表达为:,适用条件: 0a/c, c/W0.5, -,15,16,17,2. 半椭圆表面裂纹,上式的适用范围为: 0a/c2, c/W0.5
4、, 0 且 当 0a/c0.2 时, a/t1.25(0.6+a/c) 当 0.2a/c 时, a/t1,18,式中各系数分a/c1、a/c1二种情况给出。 当a/c1时有:,19,0a/c=0.22, c/W=0.050.5, a/t=1/121;满足上式的适用范围。,例6.1 W=100mm,t=12mm的板中有一半椭圆表面裂纹,a=1mm,c=5mm。受=600MPa拉伸载荷作用,试求裂纹最深处(=/2)的应力强度因子K 。,/2,20,21,22,汇 总:,1)表面裂纹是工程实际中最常见的。 高应力区一般在零、构件表面。疲劳 载荷作用下萌生的裂纹大都起源于应 力水平高的表面。,2) 表
5、面裂纹通常可用半椭圆描述其形 状。,23,24,4)拉伸载荷作用下,半无限大体中半椭圆表面裂纹的应力强度因子为:,25,研究思路,无限大体中埋藏椭圆裂纹,沿y=t 切开,x=W 切开,厚度、宽度等修正。,26,Fracture analysis of a linear elastic structure becomes relatively straightforward, once a K solution is obtained for the geometry of interest. Stress intensity solution can come from a number of
6、 sources, including handbooks, the published literature, experiments, and numerical analysis.,一旦获得了所研究之几何条件下的 K解,线弹性 结构的断裂分析就比较简单了。应力强度因子解 可由手册、发表的文献、实验和数值分析等多种 途径获得。,27,习题:6-3,第一次课完 请继续第二次课,返回主目录,28,第六章 表面裂纹,6.3 弯曲载荷下有限体中表面裂纹的K,6.1拉伸载荷下无限大体中的表面裂纹,6.2 拉伸载荷下有限体中表面裂纹的 K,返回主目录,29,拉伸载荷下,无限大体中埋藏椭圆裂纹的K:,3
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