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yujunhui銀蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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[交流]
應(yīng)力強(qiáng)度因子Kic的重要性是什么
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最近在看金屬斷裂方面的書(shū)籍及文獻(xiàn),好多人研究應(yīng)力強(qiáng)度因子K,但是并沒(méi)有說(shuō)出應(yīng)力強(qiáng)度因子K的研究的意義,現(xiàn)在看到學(xué)者對(duì)其解釋如下: 1 應(yīng)力強(qiáng)度因子K表征了裂紋的特征,表征了裂紋尖端附近應(yīng)力應(yīng)變彈性場(chǎng)的強(qiáng)度。 2 應(yīng)力強(qiáng)度因子控制了裂紋尖端附件的整個(gè)彈性場(chǎng),不只是表示應(yīng)力應(yīng)變的大小,而且表示了整個(gè)場(chǎng)的能力。 3 應(yīng)力強(qiáng)度影子可以顯示裂紋擴(kuò)展的能力。 對(duì)于以上觀點(diǎn)我存在以下疑問(wèn): 應(yīng)力強(qiáng)度因子表征了裂紋的特征,應(yīng)變場(chǎng)的強(qiáng)度,及應(yīng)力大小及能量,并且描述裂紋擴(kuò)展的能力, 是否可以這樣為,應(yīng)力強(qiáng)度因子大,裂紋就容易擴(kuò)展。 既然應(yīng)力強(qiáng)度因子是材料固有的本性,怎么用他來(lái)研究裂紋有什么用?我是說(shuō)如何應(yīng)用與應(yīng)力強(qiáng)度因子來(lái)判斷裂紋是否擴(kuò)展. w我是初學(xué)斷裂學(xué),請(qǐng)指點(diǎn)? |
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金蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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建議樓主找些fracture mechanics的書(shū)來(lái)從頭好好研讀一下。書(shū)里基本都會(huì)講到K值的由來(lái):先從分析應(yīng)力集中系數(shù)開(kāi)始。其實(shí),K就是另一種形式的特殊的應(yīng)力集中系數(shù),其所反映的就是裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)奇異性的程度。所以,二樓說(shuō)的“個(gè)人認(rèn)為應(yīng)力強(qiáng)度因子主要與材料的組織有關(guān)”是不對(duì)的,K跟材料的組織沒(méi)有任何關(guān)系,只跟裂紋幾何形狀(裂紋尖端的曲率半徑以及裂紋長(zhǎng)度有關(guān)),這一點(diǎn)可以從K值的定義式知道。KIC的全稱叫做“張開(kāi)形裂紋的平面應(yīng)變斷裂韌性”(對(duì)應(yīng)當(dāng)然還有KII和KIII,分別別剪切形和撕裂形)。樓主可以翻閱一下A-S-T-M E-399,里面對(duì)于KIC的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有明確要求。其中Kq值需要滿足兩個(gè)判定條件:裂紋足夠尖銳,試件足夠厚,這樣的Kq才可以被判定為KIC。KIC就是一個(gè)門(mén)檻值:K |
金蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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K參數(shù)是用來(lái)表征裂紋周?chē)膽?yīng)力場(chǎng) 應(yīng)變場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)錯(cuò) K參數(shù)的建立主要是因?yàn)?裂紋的引入改變了周?chē)鷳?yīng)力、應(yīng)變的分布,使得抗拉強(qiáng)度不能再作為評(píng)價(jià)材料是否失效的標(biāo)準(zhǔn) 而KIC指的是 含有裂紋的物體 在斷裂之前裂紋尖端所承受的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子 由于在線彈性范圍內(nèi),KIC是一個(gè)臨界值,即一旦K超過(guò)KIC,則裂紋將迅速失穩(wěn),擴(kuò)展,斷裂。 我想你可能將應(yīng)力強(qiáng)度因子K 跟平面應(yīng)變斷裂韌性KIC的概念有些混淆,他們之間的關(guān)系就像應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度一樣 裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K 越大 只能說(shuō)明這個(gè)時(shí)候裂紋尖端的應(yīng)力集中越明顯,至于裂紋會(huì)不會(huì)擴(kuò)展,容不容易擴(kuò)展,還要看材料的斷裂韌性KIC、JIC等。舉個(gè)例子,對(duì)鋁合金來(lái)說(shuō),如果K到了30 MPa m^0.5那基本上就斷了,但是對(duì)于鋼來(lái)說(shuō),K=30MPa m^0.5離斷裂還很遠(yuǎn)。因?yàn)殇X合金的KIC通常也就20-30MPa m^0.5,而鋼鐵至少也有100MPa m^0.5,你可以把KIC跟抗拉強(qiáng)度類(lèi)比一下就比較好理解了。 |
木蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
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說(shuō)說(shuō)我的理解: 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子是用在存在裂紋的材料中,類(lèi)似于屈服強(qiáng)度,用在無(wú)裂紋材料的設(shè)計(jì)。 1)根據(jù)材料塑形的好壞,裂紋尖端會(huì)產(chǎn)生線彈性應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)(只發(fā)生彈性變形或塑形區(qū)很小與裂紋相比)和彈塑性應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)(裂紋尖端產(chǎn)生很大的塑性區(qū))。而Kc(包括1,2,3型裂紋)是彈性應(yīng)變場(chǎng)的指標(biāo),對(duì)于彈塑性有相應(yīng)的指標(biāo)(J積分和CTOD)。對(duì)于如何區(qū)分彈性應(yīng)變場(chǎng)和彈塑性應(yīng)變場(chǎng)。有兩種方法:試驗(yàn)(將做好的標(biāo)準(zhǔn)CT試樣直接拉伸,材料裂紋擴(kuò)展直到失穩(wěn)擴(kuò)展,為彈性應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng);相反拉伸過(guò)程中會(huì)發(fā)生塑形變形為彈塑性應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng))和理論計(jì)算(根據(jù)國(guó)標(biāo),依據(jù)材料性能估計(jì),測(cè)試,將試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證,符合就是線彈性應(yīng)變場(chǎng)) 2)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子反應(yīng)裂紋尖端附近的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng),由于應(yīng)力集中所致產(chǎn)生不同的應(yīng)力場(chǎng)。與裂紋的形狀,應(yīng)力大小和裂紋長(zhǎng)度有關(guān)(依據(jù)公式來(lái)的)。對(duì)于三種加載方式,拉開(kāi)性最危險(xiǎn),因此經(jīng)常測(cè)量K1C(由于線彈性應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)一產(chǎn)生裂紋就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展,所以其反應(yīng)的是失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界值).對(duì)于給定材料,K1C與試樣厚度有很大關(guān)系。隨著厚度增加其值逐漸減小,最后趨于穩(wěn)定。(在拉開(kāi)時(shí),裂紋前沿產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,使試樣有沿厚度方向產(chǎn)生收縮的趨勢(shì),而試樣中間因兩邊約束,不能自由收縮,產(chǎn)生3向拉應(yīng)力,使試樣不發(fā)生塑形變形,脆性開(kāi)裂,k值降低。K趨于穩(wěn)定時(shí)的為平面應(yīng)變斷裂韌度。)因此,我們所測(cè)的K1C基本都是拉開(kāi)性平面應(yīng)變斷裂韌性,k1c。 3)測(cè)量k1c有三點(diǎn)彎曲法,緊湊拉伸試樣還有c形圓盤(pán)試樣。 4)對(duì)于你提的問(wèn)題:應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子越大(必須大于K1C),裂紋才發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展;小于臨界值,裂紋不擴(kuò)展或產(chǎn)生。 至于k1c的運(yùn)用:可以參考課本后面的例子:在一定的應(yīng)力下,計(jì)算裂紋的臨界尺寸或在一定的裂紋長(zhǎng)度下,計(jì)算最大應(yīng)力。 ps:個(gè)人覺(jué)得斷裂韌性只有在髙強(qiáng)度和重要零件中設(shè)計(jì)時(shí)才考慮。 |
新蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
金蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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應(yīng)該可以。涉及到損傷的有限元法種會(huì)有一個(gè)D用來(lái)代表?yè)p傷(Damage)。D值在0到1之間:0表示試件完好,1表示試件完全斷裂。我只了解這些。但是我覺(jué)得,可以把KIC值作為一個(gè)判定D值變化的條件:既當(dāng)材料的某個(gè)量達(dá)到KIC的某個(gè)表達(dá)式時(shí),表示D值會(huì)變大,也就是發(fā)生斷裂過(guò)程;相反,則D值保持不變,也就是裂紋不發(fā)生擴(kuò)展。我沒(méi)做過(guò)這方面,不知道說(shuō)得對(duì)不對(duì),只是有這種感覺(jué)。僅供參考。 |
金蟲(chóng) (小有名氣)
銅蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
| 個(gè)人認(rèn)為應(yīng)力強(qiáng)度因子主要與材料的組織有關(guān),它是材料內(nèi)部應(yīng)力集中程度的反應(yīng),應(yīng)力集中越明顯,應(yīng)力強(qiáng)度因子越大,裂紋越容易產(chǎn)生與擴(kuò)展。而組織是關(guān)鍵因素,例如晶界上與二次硬化相周?chē)奈诲e(cuò)堆積就會(huì)造成應(yīng)力集中,因此其周?chē)膽?yīng)力強(qiáng)度因子就大,裂紋也就容易生成與擴(kuò)展~ |
至尊木蟲(chóng) (知名作家)
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木蟲(chóng) (小有名氣)
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對(duì)于你描述的"在K=KIC的臨界狀態(tài),裂紋可能擴(kuò)展也可能不擴(kuò)展,這取決于后續(xù)能量的增減,如果K=KIC,但是能量有略微的增加,那裂紋會(huì)發(fā)生緩慢擴(kuò)展,直到K值重新等于KIC,達(dá)到新的平衡",我不認(rèn)同,你這種理解是有問(wèn)題的。首先klc是不變的,隨著裂紋長(zhǎng)度a的增加,k也是不斷變大的,也就是說(shuō)一旦k大于klc,除了載荷變小,都會(huì)失穩(wěn)。也就是不管外加能量增加多少,都會(huì)失穩(wěn),你描述的緩慢擴(kuò)展直到又重新達(dá)到klc的說(shuō)法就不準(zhǔn)確了。所以說(shuō)klc應(yīng)該理解為裂紋擴(kuò)展失穩(wěn)的條件,而不是擴(kuò)展發(fā)生的條件 發(fā)自小木蟲(chóng)Android客戶端 |
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