断裂力学的历史
中国断裂力学的工作比国外至少晚了20年。直到20世纪70年代,断裂力学才被广泛引入中国,一些单位和科技工作者才逐渐开展了断裂力学的研究和应用。
断裂力学是一门起源于20世纪初,发展于20世纪后期,目前仍在发展和完善的科学。因此,它是一项前沿的、具有挑战性的研究成果。
断裂力学是研究有裂纹物体的强度和裂纹扩展规律的科学,是固体力学的一个分支,也称为裂纹力学。它萌芽于20世纪20年代A.A. Griffith研究玻璃的低应力脆性断裂。随后,国际上发生了一系列低应力脆性断裂的灾难性事故,推动了该领域的研究,并于20世纪50年代开始形成断裂力学,根据裂尖附近塑性区的大小,可分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。根据引起材料断裂的载荷性质,可分为断裂(静态)力学和断裂动力学。断裂力学的任务是:获得各种材料的断裂韧性;确定物体在给定外力下是否断裂,即建立断裂准则;研究了载荷作用下裂纹的扩展规律。研究腐蚀环境和应力同时作用下物体的断裂(应力腐蚀)。断裂力学已广泛应用于航空、航天、交通、化工、机械、材料、能源等工程领域。
断裂力学在20世纪50年代开始形成。随着航空航天工业的发展,出现了超高强度材料。对于这类材料,传统的强度设计已经不能满足需要。传统强度理论将材料和结构视为一个没有裂纹的完整整体。实际材料和结构都存在裂缝,但如果材料强度较低,裂缝对结构安全的影响通常不明显。由于在设计中采用了一定的安全系数,设计可以满足工程需要。但对于高强度材料或特定条件下的材料,裂纹的存在会从根本上改变这种情况,这就必须考虑材料对裂纹扩展的抵抗能力。因此,引入了材料断裂韧性的力学概念,出现了断裂力学。
在断裂力学出现之前,由于生产知识的积累,人们已经总结出一些材料的韧性指标,如冷脆转变温度、冲击功等,这些都是定性的经验参数,只能在一定条件下用来评价材料,而不能用来设计。在美国G.R. Owen等人的努力下,线弹性断裂力学逐渐建立,进而发展了弹塑性断裂力学。提出了一些描述裂纹扩展的参数,如应力强度因子、J积分和裂纹张开位移(见COD法),可在设计中定量使用。将它们与传统的强度理论相结合,可以设计出更安全、更经济的工程结构。因此,断裂力学越来越广泛地应用于航空航天、核电工程等领域。
另一方面,由于裂纹尖端的小面积对裂纹扩展的规律有着重要的影响,所以裂纹扩展与材料的某些微观性能,尤其是冶金性能(如晶粒尺寸、两相颗粒、位错等)有着很大的关系。),这就要求断裂力学在其研究中将材料工艺学、冶金学、金属物理学等方面的成果与力学结合起来。随着断裂力学的发展,微裂纹也进入了研究范围。在研究裂纹扩展规律时,也开始涉及到裂纹产生的原因。
研究内容
1,裂纹萌生条件。
2、裂纹在外部载荷和/或其他因素作用下的扩展过程。
3.裂纹延伸到什么程度物体就会断裂?
另外,为了满足工程需要,有裂缝的结构在什么条件下破坏;在一定载荷下,结构允许有多少条裂缝;在结构裂缝和结构工作条件下,结构的使用寿命有多长。