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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籍及文獻(xiàn)，好多人研究應(yīng)力強(qiáng)度因子K，但是并沒有說出應(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，不只是表示應(yīng)力應(yīng)變的大小，而且表示了整個(gè)場的能力。 3 應(yīng)力強(qiáng)度影子可以顯示裂紋擴(kuò)展的能力。 對于以上觀點(diǎn)我存在以下疑問: 應(yīng)力強(qiáng)度因子表征了裂紋的特征，應(yīng)變場的強(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，怎么用他來研究裂紋有什么用？我是說如何應(yīng)用與應(yīng)力強(qiáng)度因子來判斷裂紋是否擴(kuò)展. w我是初學(xué)斷裂學(xué)，請指點(diǎn)？ |
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小木蟲: 金幣+0.5, 給個(gè)紅包，謝謝回帖
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建議樓主找些fracture mechanics的書來從頭好好研讀一下。書里基本都會(huì)講到K值的由來：先從分析應(yīng)力集中系數(shù)開始。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)力場奇異性的程度。所以，二樓說的“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)”是不對的，K跟材料的組織沒有任何關(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“張開形裂紋的平面應(yīng)變斷裂韌性”（對應(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)門檻值：K |
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金陵道士11樓2012-10-06 16:11:13
phoenix7573
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yujunhui: 金幣+3, 說的很精辟，謝謝！ 2012-10-03 19:55:28
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yujunhui: 金幣+3, 說的很精辟，謝謝！ 2012-10-03 19:55:28
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K參數(shù)是用來表征裂紋周圍的應(yīng)力場 應(yīng)變場強(qiáng)度沒錯(cuò) K參數(shù)的建立主要是因?yàn)?裂紋的引入改變了周圍應(yīng)力、應(yīng)變的分布，使得抗拉強(qiáng)度不能再作為評價(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，對鋁合金來說，如果K到了30 MPa m^0.5那基本上就斷了，但是對于鋼來說，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)度類比一下就比較好理解了。 |
5樓2012-10-02 21:58:02
★ ★ ★ ★
小木蟲: 金幣+0.5, 給個(gè)紅包，謝謝回帖
悠然zx11: 金幣+3, 好見解 2013-06-10 20:40:39
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悠然zx11: 金幣+3, 好見解 2013-06-10 20:40:39
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說說我的理解： 應(yīng)力場強(qiáng)度因子是用在存在裂紋的材料中，類似于屈服強(qiáng)度，用在無裂紋材料的設(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（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（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)變場的指標(biāo)，對于彈塑性有相應(yīng)的指標(biāo)（J積分和CTOD）。對于如何區(qū)分彈性應(yīng)變場和彈塑性應(yīng)變場。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；相反拉伸過程中會(huì)發(fā)生塑形變形為彈塑性應(yīng)力應(yīng)變場)和理論計(jì)算（根據(jù)國標(biāo)，依據(jù)材料性能估計(jì)，測試，將試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，符合就是線彈性應(yīng)變場） 2）應(yīng)力場強(qiáng)度因子反應(yīng)裂紋尖端附近的應(yīng)力應(yīng)變場，由于應(yīng)力集中所致產(chǎn)生不同的應(yīng)力場。與裂紋的形狀，應(yīng)力大小和裂紋長度有關(guān)（依據(jù)公式來的）。對于三種加載方式，拉開性最危險(xiǎn)，因此經(jīng)常測量K1C(由于線彈性應(yīng)力應(yīng)變場一產(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，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，我們所測的K1C基本都是拉開性平面應(yīng)變斷裂韌性，k1c。 3）測量k1c有三點(diǎn)彎曲法，緊湊拉伸試樣還有c形圓盤試樣。 4）對于你提的問題：應(yīng)力場強(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度下，計(jì)算最大應(yīng)力。 ps：個(gè)人覺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。 |
17樓2013-05-28 10:23:50
7樓2012-10-03 11:35:43
donatello
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19樓2013-05-29 01:39:45
2樓2012-10-02 12:36:49
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yujunhui: 金幣+1, 應(yīng)力強(qiáng)度因子與組織有關(guān)，拿定義裂紋擴(kuò)展的時(shí)候直接用組織描述就行了，為什么還要用應(yīng)力強(qiáng)度因子整個(gè)參數(shù)？ 2012-10-02 21:08:22
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yujunhui: 金幣+1, 應(yīng)力強(qiáng)度因子與組織有關(guān)，拿定義裂紋擴(kuò)展的時(shí)候直接用組織描述就行了，為什么還要用應(yīng)力強(qiáng)度因子整個(gè)參數(shù)？ 2012-10-02 21:08:22
| 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圍的位錯(cuò)堆積就會(huì)造成應(yīng)力集中，因此其周圍的應(yīng)力強(qiáng)度因子就大，裂紋也就容易生成與擴(kuò)展~ |
3樓2012-10-02 13:05:18
4樓2012-10-02 20:43:24
6樓2012-10-03 05:42:26
8樓2012-10-06 11:04:35
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14樓2013-05-27 22:57:31
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15樓2013-05-28 00:49:23
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18樓2013-05-28 10:28:42
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對于你描述的"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，你這種理解是有問題的。首先klc是不變的，隨著裂紋長度a的增加，k也是不斷變大的，也就是說一旦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的說法就不準(zhǔn)確了。所以說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Android客戶端 |
24樓2017-03-31 16:59:06
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yxu19869樓
2012-10-06 12:16
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liu2004m10樓
2012-10-06 13:51
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