断裂力学习题集
断裂力学试题
17.疲劳长裂纹扩展的规律和机理？ 答：扩展速率受控于裂纹尖端的应力强度因子范围ΔK，ΔK=Kmax-Kmin；
随着应力比增大，疲劳裂纹扩展速率增大，疲劳门槛值减小。 组织对 Paris 区的 da/dN 影响不大， 而对门槛值区有较大影响。 18.分析疲劳断口的组成与影响因素； 答： （1） 疲劳断口的组成：一个典型的疲劳断口总是由疲劳源、疲劳裂纹扩展 区和最终断裂区三部分构成。 （2）影响因素：平均应力（拉伸平均应力降低疲劳强度，压缩平均应力提高疲 劳强度） 、表面加工与处理（疲劳裂纹通常起始于零件表面，因此，表面状况对 疲劳寿命有很大的影响，表面光洁度越高，形成疲劳裂纹的时间越长） 、加载型 式、缺口与应力集中、试样的尺寸。 19.分析疲劳应力应变曲线的特点；
e ae p
J J ae J
答： （1）在线弹性条件下,这三个参量可以互相替换,它们各自的断裂判据都是等效的，对 I 1 型裂纹： J K I2 GI E E E 1 2 E E 其中，平面应力： ；平面应变 ： （2）在弹塑性条件下,应力强度因子已不在适用,主要是运用 J 积分和 COD 参量。在大范围 屈服的情况下二者之间的关系(采用 D-M 模型)： J s ；考虑到实际材料,工程中可以 对其进行修正：J k
第八章断裂力学习题及解
第八章 断裂力学习题及解习题1、已知I 型裂纹问题的应力函数为()()()z Z y z Z z I I I Im Re +=ϕ，其中()()z Z z Z I I ,分别为复变函数()z Z I 的二次积分和一次积分，试求出对应的应力分量。
解：令()()()y x iv y x u z Z I ,,+=，那么()udy v dx i v dy udx dz z Z CCC++-=⎰⎰⎰按C-R 条件有yux v y v x u ∂∂-=∂∂∂∂=∂∂,。
那么有如下关系式 y Zx Z Z ∂∂=∂∂='Im Re Re ， xZy Z Z ∂∂=∂∂-='Im Re Im ， 由应力函数可得应力()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∂∂+∂∂∂∂=+∂∂=∂∂=I I I I I 222I 2xx Z y Z y y Z y Z y Z y y σIm Im Re Im Re ϕ ()'Im Re Re Re Im Re Im I I I I I I I xx Z y Z Z yZ y Z Z y Z y -=+∂∂=++-∂∂=σ ()⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∂∂∂∂=+∂∂=∂∂=x Z y xZ x Z y Z x x σI I I I 222I 2yyIm Re Im Re ϕ得 ()'Im Re Im Re I I I I yy Z y Z Z y Z x+=+∂∂=σ ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂-∂∂-∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∂∂-∂∂=∂∂∂-=I I I I I I 2xyZ y Z y y Z x Z y Z y x y x Im Im Re Im Re ϕτ ()'Re Re Im Re Im I I I I I xy Z y xZ y Z Z y Z x -=∂∂-=--∂∂=τ 习题2、如图8-1所示无限大板中含有一长度为2a 的中心贯穿裂纹，设I 型裂纹问题的应力函数为()()()z Z y z Z z I I I Im Re +=ϕ（双向拉伸），或为()()())(2Im Re 22y x A z Z y z Z z I I I --+=ϕ（单向拉伸）。
(完整版)断裂力学试题
一、简答题（本大题共5小题，每小题6分，总计30分）1、（1）数学分析法：复变函数法、积分变换；（2）近似计算法：边界配置法、有限元法；（3）实验标定法：柔度标定法；（4）实验应力分析法：光弹性法.2、假定：（1）裂纹初始扩展沿着周向正应力为最大的方向；（2）当这个方向上的周向正应力的最大值（）max达到临界时，裂纹开始扩展•S3、应变能密度:W S，其中S为应变能密度因子，表示裂纹尖端附近应力场r密度切的强弱程度。
4、当应力强度因子幅值小于某值时，裂纹不扩展，该值称为门槛值。
5、表观启裂韧度，条件启裂韧度，启裂韧度。
二、推导题（本大题10分）D-B模型为弹性化模型，带状塑性区为广大弹性区所包围，满足积分守恒的诸条件。
积分路径：塑性区边界。
AB 上：平行于x1，有dx2 0 , ds dx1 , T22007断裂力学考试试题B卷答案BD上：平行于捲，有dx20 , ds dx1 , T2u iJ (Wdx2 T L ds)s V s V S(V A三、计算题（本大题共1、利用叠加原理：微段K]ABT2 V D)3小题，每小题集中力qdx U2dx1%BDT2U£dx1X120分,dK]总计60分）a 2q . a0 (2 2.(a x ) dx 10分sin cos — a cos sin a2b 2b 2b 2b— cos — a sin a 2b 2b2b(_ 2 2)cos — 2b a 2 cos a si n a2b2b 2b 2ba)2la sin 1(豎)a cosK i2qJ — 0 赢T d 当整个表面受均布载荷时，6 a .2、边界条件是周期的：a.zy0, xy 0c.所有裂纹前端又Z 应为2b 的周期函数si2z皿2冷 采用新坐标： z aZ % a)J (sin 七严2陶)20 时，sin —— ——,cos —2b 2b 2bK i 2qsin 1(a a ) q a10分令 x acos 一 a 2 x 2 a cosb.在所有裂纹内部应力为零.y0,x a, a 2b x a2b 在区间内单个裂纹时Zz z 2 a 210分d(sin -2b［吃（加sin ( a)2ba sin2b .2 a . a」 --------- cos——sin 】2b 2b0时,2 2帥莎(a)] (s^a)22b cos asin a 2b2b2bK I1吧0 F_Zsin2b1 a . a ——cos——sin —2b2b 2b2b ta n—a2ba tan—2b 10分注意行为规范3、当复杂应力状态下的形状改变能密度等于单向拉伸屈服时的形状改变能密度，材料屈服，即：2 2 2 2(1 2 ) ( 2 3) ( 3 1 ) 2 s对于I型裂纹的应力公式：(X2y)2xy1Kl cos-[1 sin-]2 2 r 2 2遵考场10分纪程•律0(平面应力,薄板或厚板表面)K I22scos2[1 3sin2—]2 2--平面应力下，I型裂纹前端屈服区域的边界方10分r、简答题1.断裂力学中, (80 分)按裂纹受力情况，裂纹可以分为几种类型？请画出这些类型裂纹的受力示意图。
断裂力学题
岩石断裂力学复习题1. 弹性体内的裂纹大致上可以分哪三种，在答题纸上按顺序绘出如图 2 的弹性裂纹薄板，在什么样的边界力作用下，裂纹将是 II 型， I 型，III 型，并分别写出其相应的应力强度因子计算式。
I 型：边界条件： 当∞→z 时，0xx =σ，∞=y yy σσ，0xy =τ在裂纹面（y=0）上，0y y =σ，0xy =τ 应力强度因子：ay πσ∞I =KII 型：边界条件： 当∞→z 时，∞=ττxy ，0xx ==yy σσ在裂纹面（z=x ±i0,a <x ）上，0y y ==xy τσ 应力强度因子：a πτ∞I I =K III 型：边界条件： 当∞→z 时，∞=ττyz ，0xy zz xx τσσσ===yy在裂纹面（z=x ±i0,a <x ）上，0y y ==xy τσ 应力强度因子：a πτ∞I I I =K2. 由 Griffith 能量平衡理论，推导如果弹性薄板两端均匀施加拉应力为σ，薄板中间缺陷裂纹长度l 需小于多少裂纹才不会发生失稳扩展？已知弹性板的杨氏模量为E ，弹性板材料的表面能密度为Г。
解：由Griffith 能量平衡理论求临界裂纹长度：对于原场拉应力为σ，单位厚度的平板，当有长度为2a 的裂纹产生时，其总共释放的弹性势能为：'/c 22E a W πσ= （1）当长度为2a 的裂纹存在时，模型增加的表面能S 为：Γ=a 4S （2）当裂纹端部扩展一小段长度da （裂纹长度由2a 发展为2a+2da ）时，如果弹性势能释放率dW c /da 大于或等于表面能的增加率dS/da 时，裂纹会失稳，并进一步扩展。
则裂纹扩展的条件可表达为：da dSda dW c = （3）将式（1），（2）代入（3），可得远场力σ作用下，使裂纹失稳并扩展的裂纹临界长度a0为：2/'20a πσΓ=E （4）3. 什么是裂纹的应力强度因子的？其一般表达式是什么？量纲是什么？应力强度因子与弹性板材料的表面能密度间有何关系。
断裂力学习题
断裂力学习题一、问答题1、什么是裂纹？2、试述线弹性断裂力学的平面问题的解题思路。
3、断裂力学的任务是什么？4、试述可用于处理线弹性条件下裂纹体的断裂力学问题两种方法：5、试述I型裂纹双向拉伸问题中的边界条件，如何根据该边界条件确定一复变函数，并由此构成应力函数，最后写出问题的解。
6、什么是应力场强度因子K1？什么是材料的断裂韧度K1C？对比单向拉伸条件下的应力σ及断裂强度极限σb，，说明K1与K1C的区别与联系？7、在什么条件下应力强度因子K的计算可以用叠加原理8、试说明为什么裂纹顶端的塑性区尺寸平面应变状态比平面应力状态小？9、试说明应力松驰对裂纹顶端塑性区尺寸有何影响。
10、K准则可以解决哪些问题？11、何谓应力强度因子断裂准则？线弹性断裂力学的断裂准则与材料力学的强度条件有何不同？12、确定K的常用方法有哪些？13、什么叫裂纹扩展能量释放率？什么叫裂纹扩展阻力？14、从裂纹扩展过程中的能量变化关系说明裂纹处于不稳定平衡的条件是什么？15、什么是格里菲斯裂纹？试述格氏理论。
16、奥罗万是如何对格里菲斯理论进行修正的？17、裂纹对材料强度有何影响？18、裂纹按其力学特征可分为哪几类？试分别述其受力特征19、什么叫塑性功率？20什么是G准则？21、线弹性断裂力学的适用范围。
22、“小范围屈服”指的是什么情况？线弹性断裂力学的理论公式能否应用？如何应用？23、什么是Airry应力函数？什么是韦斯特加德（Westergaard）应力函数？写出Westergaard应力函数的形式，并证明其满足双调和方程。
24、裂纹按其几何特征可分为哪几类？25、判断下图所示几种力情况下，裂纹扩展的类型26、D-B 模型的适用条件是什么？27、什么叫裂纹的亚临界扩展？什么叫门槛值？28、什么叫腐蚀？什么叫应力腐蚀？什么叫腐蚀临界应力强度因子K ⅠSCC ？29、什么叫应力疲劳？什么叫应变腐蚀？两者的裂纹扩展速率表达式是否相同？为什么？30、什么叫腐蚀疲劳？31、试述金属材料疲劳破坏的特点 32、现有的防脆断设计方法可分为哪几种？33、什么是疲劳裂纹门槛值，哪些因素影响其值的大小?它有什么实用价值? 34、应力腐蚀裂纹扩展的特征？第二类椭圆积分Φ0的值受扭薄壁圆筒二、计算题：1、有一材料211/102m N E ⨯=，表面能密度m N /8=γ,外加拉应力27/107m N ⨯=σ。
断裂力学习题集
断裂力学习题集
简述断裂力学的发展历程（含3-5个关键人物和主要贡献）。
断裂力学的定义，研究对象和主要任务。
什么是平面应力和平面应变状态，二者有什么特点？请举例说明之。
什么是应力强度因子的叠加原理，并证明之。
掌握工程应用的方法。
普通碳钢一次拉伸能够获得哪几个材料性能参数？
为什么裂纹尖端会发生应力松弛？如何对应力强度因子进行修正？
COD的定义，工程应用及局限性..........J积分的定义和特性
J积分工程估算原理..........K、G和J的关系如何？
什么是蠕变,有何特点？蠕变应变随时间的变化中一般可划分成几个阶
段？
在材料的弹塑性行为中，存在临界应力强度因子和临界J积分，它们是表
征裂纹是否扩展的材料参数，在材料的蠕变行为中是否存在这样的临界C*？为什么？
裂纹止裂的原理为何？工程中常用的止裂方法有哪些？
试述疲劳问题的特点，并试举2-3个工程案例；
分析疲劳断口的组成与影响因素；
分析疲劳应力应变曲线的特点；
抗疲劳设计方法有哪几种？
试述主要的疲劳损伤累积理论；
疲劳裂纹扩展规律与Paris公式，实验中如何获得裂纹扩展速率？
列举断裂力学相关的实验测试标准5个。
简要描述材料断裂韧性的测试方法及过程。
冲击试验可获得哪些材料性能参数？这些参数在工程中如何应用？
我国缺陷评定规范GB/T19624《在用含缺陷压力容器安全评定》中常规评定采用了
双参量失效评定图技术，请画出该图的简图，在该图中横纵坐标分别是什么，如何用该图来评定一含裂纹缺陷的结构安全？。
断裂力学试题
2007断裂力学考试试题 B 卷答案一、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共计30分）一、（1）数学分析法:复变函数法、积分变换；（2）近似计算法：边界配置法、有限元法；（3）实验标定法：柔度标定法；（4）实验应力分析法：光弹性法.二、假定：（1）裂纹初始扩展沿着周向正应力θσ为最大的方向；（2）当那个方向上的周向正应力的最大值max ()θσ达到临界时,裂纹开始扩展.3、应变能密度:rSW =，其中S 为应变能密度因子，表示裂纹尖端周围应力场密度切的强弱程度。
4、当应力强度因子幅值小于某值时，裂纹不扩展，该值称为门坎值。
五、表观启裂韧度，条件启裂韧度，启裂韧度。
二、推导题（本大题10分）D-B 模型为弹性化模型，带状塑性区为广大弹性区所包围，知足积分守恒的诸条件。
积分路径：塑性区边界。
AB 上：平行于1x ，有s T dx ds dx σ===212,,0BD 上：平行于1x ，有s T dx ds dx σ-===212,,0 5分δσσσσΓs D A s DB s BA s BD AB i iv v v v dx x uT dx x u T ds x u T Wdx J =+=+-=∂∂-∂∂-=∂∂-=⎰⎰⎰)()(1122112212 5分A三、计算题（本大题共3小题，每小题20分，共计60分）一、利用叠加原理:微段→集中力qdx→dK =Ⅰ⇒0K =⎰Ⅰ 10分令cos cos x a a θθ==,cos dx a d θθ=⇒111sin ()10cos 22()cos a a a a a K d a θθθ--==Ⅰ 当整个表面受均布载荷时,1a a →.⇒12()a a K -==Ⅰ 10分二、边界条件是周期的:a. ,y x z σσσ→∞==.b.在所有裂纹内部应力为零.0,,22y a x a a b x a b =-<<-±<<±在区间内0,0y xy στ==c.所有裂纹前端y σσ> 单个裂纹时Z =又Z 应为2b 的周期函数⇒sinzZ πσ=10分采用新坐标:z a ξ=-⇒sin()a Z πσξ+=当0ξ→时,sin,cos1222bbbπππξξξ==⇒sin()sincoscossin22222a a a bbbbbπππππξξξ+=+cos sin222a a bbbπππξ=+2222[sin()]()cos 2cos sin(sin)2222222a a a a a bbbbbb bπππππππξξξ+=++22[sin()](sin )2cos sin22222a a a a bbbbbπππππξξ⇒+-=sinaZ ξπσ→⇒=sinlim aK ξπσσ→⇒===Ⅰ= 10分 3、当复杂应力状态下的形状改变能密度等于单向拉伸屈服时的形状改变能密度,材料屈服,即:2222122331()()()2s σσσσσσσ-+-+-=对于Ⅰ型裂纹的应力公式:122x yσσσσ+⎧=⎨⎩12[1sin ]22σθθσ⎧⇒=±⎨⎩ 10分30σ=(平面应力,薄板或厚板表面) 2222cos [13sin ]222s K r θθπσ⇒=±Ⅰ 10分 --平面应力下,Ⅰ型裂纹前端屈服区域的边界方程.当0θ=时,201()2sK r πσ=Ⅰ第3页 共3页一、 简答题（80分）1. 断裂力学中，按裂纹受力情形，裂纹能够分为几种类型？请画出这些类型裂纹的受力示用意。
断裂力学复习题(实际)解答(课件)
断裂力学复习题1．裂纹按几何特征可分为三类,分别是（穿透裂纹）、（表面裂纹）和（深埋裂纹）。
按力学特征也可分为三类，分别是（张开型）、（滑开型）和（撕开型）。
2．应力强度因子是与（外载性质）、（裂纹）及（裂纹弹性体几何形状）等因素有关的一个量。
材料的断裂韧度则是（应力强度因子）的临界值，是通过（实验）测定的材料常数。
3．确定应力强度因子的方法有：（解析法），（数值法），（实测法）。
4．受二向均匀拉应力作用的“无限大”平板，具有长度为2a 的中心贯穿裂纹，求应力强度因子的表达式。
℃K 【解】将x 坐标系取在裂纹面上，坐标原点取在裂纹中心，则上图所示问题的边界条件为：① 当y = 0，x → ∞时，；σσσ==y x ② 在y =0，的裂纹自由面上，a x <；而在时，随，。
0,0==xy y τσa x >a x →∞→y σ可以验证，完全满足该问题的全部边界条件的解析函数为22℃ )(az zz Z -=σ（1）将坐标原点从裂纹中心移到裂纹右尖端处，则有z =ζ+a 或ζ= z －a ，代入（1），可得：)2()()(I a a Z ++=ζζζσζ于是有：aa a a a K πσζζσπζζζσπζζζ=++⋅=++⋅=→→)2()(2lim )2()(2lim 00℃5．对图示“无限大”平板Ⅱ型裂纹问题，求应力强度因子的表达式。
℃Krb 【解】将x 坐标系取在裂纹面上，坐标原点取在裂纹中心，则上图所示问题的边界条件为：① 当y = 0，x → ∞时，；ττσσ===xy y x ，0② 在y = 0，的裂纹自由面上，a x <；而在时，随，。
0,0==xy y τσa x >a x →∞→xy τ可以验证，完全满足该问题的全部边界条件的解析函数为22℃ )(a z zz Z -=τ（1）将坐标原点从裂纹中心移到裂纹右尖端处，则有z =ζ+a 或ζ= z －a ，代入（1），可得： )2()()(℃a a Z ++=ζζζτζ于是有：a a a a a K πτζζτπζζζτπζζζ=++⋅=++⋅=→→)2()(2lim )2()(2lim 00℃e i r6．对图示“无限大”平板Ⅲ型裂纹问题，求应力强度因子的表达式。
断裂力学期末考试试题含答案
断裂力学期末考试试题含答案一、简答题(80分)1. 断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为几种类型,请画出这些类型裂纹的受力示意图。
(15分)2 请分别针对完全脆性材料和有一定塑性的材料，简述裂纹扩展的能量平衡理论,(15分)3. 请简述应力强度因子的含义，并简述线弹性断裂力学中裂纹尖端应力场的特点,(15)4. 简述脆性断裂的K准则及其含义,(15)5. 请简述疲劳破坏过程的四个阶段,(10)6. 求出平面应变状态下裂纹尖端塑性区边界曲线方程，并解释为什么裂纹尖端塑性区尺寸在平面应变状态比平面应力状态小,(5分)7. 对于两种材料，材料1的屈服极限和强度极限都比较高，材料,,sb 2的和相对较低，那么材料1的断裂韧度是否一定比材料2的高,,,sb 试简要说明断裂力学与材料力学设计思想的差别, (5分)二、推导题(10分)请叙述最大应力准则的基本思想，并推导出I-II型混合型裂纹问题中开裂角的表达式,三、证明题(10分),,,JwdyTuxds,,,,,(/)定义J积分如下，，围绕裂纹尖端的回路, ,，始于裂纹下表面，终于裂纹上表面，按逆时针方向转动，其中是w, 板的应变能密度，为作用在路程边界上的力，u是路程边界上的位移T ds矢量，是路程曲线的弧元素。
证明J积分值与选择的积分路程无关，并说明J积分的特点。
四、简答题(80分)1. 断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为几种类型,请画出这些类型裂纹的受力示意图。
(15分)答:按裂纹受力情况把裂纹(或断裂)模式分成三类:张开型(I型)、滑开型(II型)和撕开型(III型)，如图所示y y yx o o o z x xI型,张开型 II型,滑开型三型,撕开型2 请分别针对完全脆性材料和有一定塑性的材料，简述裂纹扩展的能量平衡理论,(15分)答:对完全脆性材料，应变能释放率等于形成新表面所需要吸收的能量率。
对于金属等有一定塑性的材料，裂纹扩展中，裂尖附近发生塑性变形，裂纹扩展释放出来的应变能，不仅用于形成新表面所吸收的表面能，更主要的是克服裂纹扩展所吸收的塑性变形能，即塑性功。
断裂力学复习题(实际)解答(课件)
断裂力学复习题1．裂纹按几何特征可分为三类,分别是（穿透裂纹）、（表面裂纹）和（深埋裂纹）。
按力学特征也可分为三类，分别是（张开型）、（滑开型）和（撕开型）。
2．应力强度因子是与（外载性质）、（裂纹）及（裂纹弹性体几何形状）等因素有关的一个量。
材料的断裂韧度则是（应力强度因子）的临界值，是通过（实验）测定的材料常数。
3．确定应力强度因子的方法有：（解析法），（数值法），（实测法）。
4．受二向均匀拉应力作用的“无限大”平板，具有长度为2a的中心贯穿裂纹，求应力强度因子的表达式。
【解】将x坐标系取在裂纹面上，坐标原点取在裂纹中心，则上图所示问题的边界条件为：① 当y = 0，x → ∞时，；② 在y = 0，的裂纹自由面上，；而在时，随，。
可以验证，完全满足该问题的全部边界条件的解析函数为（1）将坐标原点从裂纹中心移到裂纹右尖端处，则有z =ζ+a或ζ= z－a，代入（1），可得：于是有：5．对图示“无限大”平板Ⅱ型裂纹问题，求应力强度因子的表达式。
【解】将x坐标系取在裂纹面上，坐标原点取在裂纹中心，则上图所示问题的边界条件为：① 当y = 0，x → ∞时，；② 在y = 0，的裂纹自由面上，；而在时，随，。
可以验证，完全满足该问题的全部边界条件的解析函数为（1）将坐标原点从裂纹中心移到裂纹右尖端处，则有z =ζ+a或ζ= z－a，代入（1），可得：于是有：6．对图示“无限大”平板Ⅲ型裂纹问题，求应力强度因子的表达式。
【解】将x坐标系取在裂纹面上，坐标原点取在裂纹中心，则上图所示问题的边界条件为：① 当y = 0，x → ∞时，；② 在y = 0，的裂纹自由面上，；而在时，随，。
可以验证，完全满足该问题的全部边界条件的解析函数为（1）将坐标原点从裂纹中心移到裂纹右尖端处，则有z =ζ+a或ζ= z－a，代入（1），可得：于是有：7．“无限大”平板中，在长度为2a的中心贯穿裂纹表面上，距裂纹中点为x=±b处各作用一对集中力p，求应力强度因子的表达式。
断裂力学试题
2007断裂力学考试试题 B 卷答案一、简答题（本大题共5小题，每小题6分，总计30分）1、（1）数学分析法:复变函数法、积分变换；（2）近似计算法：边界配置法、有限元法；（3）实验标定法：柔度标定法；（4）实验应力分析法：光弹性法.2、假定：（1）裂纹初始扩展沿着周向正应力为最大的方向；（2）当这θσ个方向上的周向正应力的最大值达到临界时,裂纹开始扩展.max ()θσ3、应变能密度:，其中S 为应变能密度因子，表示裂纹尖端附近应力rSW =场密度切的强弱程度。
4、当应力强度因子幅值小于某值时，裂纹不扩展，该值称为门槛值。
5、表观启裂韧度，条件启裂韧度，启裂韧度。
二、推导题（本大题10分）D-B 模型为弹性化模型，带状塑性区为广大弹性区所包围，满足积分守恒的诸条件。
积分路径：塑性区边界。
AB 上：平行于，有1x s T dx ds dx σ===212,,0BD 上：平行于，有5分1x s T dx ds dx σ-===212,,05分δσσσσΓs D A s DB s BA s BD AB i iv v v v dx x uT dx x u T ds x u T Wdx J =+=+-=∂∂-∂∂-=∂∂-=⎰⎰⎰)()(1122112212三、计算题（本大题共3小题，每小题20分，总计60分）1、利用叠加原理:微段集中力→qdx →dK =Ⅰ 10分⇒0K =⎰ⅠA令,cos cos x a a θθ=⇒=cos dx a d θθ=⇒111sin ()10cos 22()cos a a a a a K d a θθθ--==Ⅰ当整个表面受均布载荷时,.1a a →10分⇒12()a a K -==Ⅰ2、边界条件是周期的:a. .,y x z σσσ→∞==b.在所有裂纹内部应力为零.在区间内0,,22y a x a a b x a b =-<<-±<<±0,0y xy στ==c.所有裂纹前端y σσ>单个裂纹时 Z =又应为的周期函数Z 2b 10分⇒Z =采用新坐标:z aξ=-⇒Z =当时,0ξ→sin,cos 1222bbbπππξξξ==⇒sin()sincos cossin22222a a abbbbbπππππξξξ+=+ cossin222a abbbπππξ=+2222[sin()]()cos 2cossin(sin)2222222a a a a a bbbbbb b πππππππξξξ+=++thn22[sin()](sin)2cos sin22222a a a ab b b b bπππππξξ⇒+-=Zξ→⇒=limKξσ→⇒===Ⅰ10分=3、当复杂应力状态下的形状改变能密度等于单向拉伸屈服时的形状改变能密度,材料屈服,即:2222122331()()()2sσσσσσσσ-+-+-=对于Ⅰ型裂纹的应力公式:122x yσσσσ+⎧=±⎨⎩12[1sin]22σθθσ⎧⇒=±⎨⎩10分(平面应力,薄板或厚板表面)3σ=2222cos[13sin222sKrθθπσ⇒=±Ⅰ10分--平面应力下,Ⅰ型裂纹前端屈服区域的边界方程.当时,θ=21()2sKrπσ=Ⅰ第3页共3页一、简答题（80分）1. 断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为几种类型？请画出这些类型裂纹的受力示意图。
弹塑性断裂力学考试题
注：自己多改改啊，6月18日早上交。
1.在例3.2中，更精确地分析是假定悬臂梁在长度a+a 0处固定，根据实验测定a 0取h/3较合适。
并考虑变形引起的位移，取V=1/3，试求能量释放率。
解：根据题意V EBha a p V EJ a a p ++=++=∆33030)(83)(2 试件柔度 pVEBh a a p c ++=∆=330)( 所以G I =32222)3(1221h EB p ha d d p B a c +=2.某发电机转子在动平衡时发生断裂。
断裂后发现垂直于最大拉应力方向的一个圆形片状缺陷。
直径约在2.5~3.8cm 之间。
缺陷处的最大拉应力为350MPa 。
试估算转子的临界裂纹尺寸。
经测定，转子材料的断裂韧度k 1c =（34~59）MPa m 。
解：缺陷处应力强度因子为ak πσπ21=又k 1c =（34~59）MPa m ，350=σMPaa=（0.74~2.2）cm所以裂纹直径为1.5~4.4cm3.气瓶内径D=508mm ，壁厚t=35.6mm ，纵向有表面裂纹，深度a=16mm ，长度2L=508mm ，材料的屈服极限0σ=538MPa ，断裂韧度k 1c =110MPa m ，试求爆破压力。
假设为理想塑性材料，考虑塑性区修正。
解：利用半椭圆表面裂纹应力强度因子)(/]})(241[{1.121211k E k a k sσππ+==c a 25416=0.063 ，查表得)(k E =1.008 21211]})(241[{1.1)(sc ka k E k σππσ+==21)]}8.53110(24116[{1.1110008.1ππ+⨯=14.2 kg/mm 2又t PD 2=σ所以P=D t σ2=5086.352.142⨯⨯=1.99kg/mm 24.高硅的镍铬钼钒钢的回火温度与屈服极限0σ和断裂韧度k 1c 的关系见下表。
现有表面裂纹，深度a=1mm 深长比a/2c=1/4,设工作应力σ=0.60σ，试选择合适的回火温度，假定为理想塑性材料，考虑塑性区修正。
2012本科断裂力学试题及答案
…………试卷装订线………………装订线内不要答题，不要填写考生信息………………试卷装订线……………………试卷装订线………………装订线内不要答题，不要填写考生信息………………试卷装订线……………………装订线………………装订线内不要答题，不要填写信息………………装订线…………武汉理工大学考试试题答案（A卷）2012 ~2013 学年1 学期断裂力学课程一、填空题：（每空1分，共20分）1、I型（张开型）裂纹 II型（滑开型）裂纹 III型（撕开型）裂纹2、解析法数值法实验法3、最大环向拉应力理论最大能量释放率理论应变能密度因子理论4、平面应力情况无限大平板中心贯穿裂纹/0.6sσσ≤塑性区内材料为理想塑性5、裂纹扩展单位面积弹性系统所释放的能量212IcG PA∂=∂6、21d d(1,2)iiuJ W x T s ixΓ∂=-=∂⎰不计体力小应变单调加载7、max250MPaS=150MPamS=二、解：应力强度因子由单向拉伸和双向等值应力拉伸两种情况叠加得到，（2分）/5/250.2a R==,查表得：单向拉伸情况 2.3IK=双向等值应力拉伸情况 1.82IK=（5分）因此塑性修正前： 2.3 1.82 4.12IK==（5分）4.12=⨯=平面应力情况，考虑塑性修正后46.5 1.0586IK'==⨯=（5分）因/Ic I IK n K K'=>>，故结构安全。
（3分）（20分）三、 解：与裂纹平行面上的应力：342σσττ'=+=；2σττ'==应力强度因子：I 4K στ==II K ττ== 由最大环向拉应力理论开裂角方程：00sin (3cos 1)0K K θθ+-=I II 得 004sin 3cos 10θθ+-= ，即开裂角方程；由 20003cos cos sin 222K K K θθθ⎡⎤-=⎢⎥⎣⎦I II IC ，得最大外载：max τ=⎣⎦四、 解：20.60.670.73s σσ<==<，平面应力情况，考虑塑性修正后，深埋圆片裂纹的应力强度因子为：I 2,K Y π==等效贯穿裂纹长度为：22223620.89mm 9812s Y aa Yπσσ==⨯=-⎛⎫- ⎪⎝⎭故 5885580.89lnsec lnsec 0.0043mm 232.0610s s a E σπσπδπσπ⨯⨯⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭因为0.0043mm 0.06mm c δδ=<=，所以管道安全。
断裂力学练习试题
习题1：设有两个无限大板A 和B ，均含有贯穿性裂纹，其中A 板裂纹长度为2a ，B 板裂纹长度为a ，两者均受拉应力作用，A 板拉应力为σ，B 板受拉应力为2σ，问他们的裂纹尖端应力强度因子是否相同。
解：A 板：a a Y K πσπσ==IAB 板：a aY K πσπσ222IB ==因此，二者的应力强度因子不相同。
习题2：无限大板A 、B 受力如图所示，已知板A 含贯穿裂纹长度为mm a 8.4021=，板B 含贯穿裂纹长度为mm a 7.522=，外加应力均为250MPa ，材料的断裂韧度21IC 25.63m MPa K ⋅=，问板A 、B 是否发生断裂。
解：①板A 的应力强度因子：21IC 21I 23.6329.630204.0142.3250mMPa K m MPa a K ⋅=>⋅=⨯⨯==πσ因此，A 板断裂。
②板B 的应力强度因子：21IC 21I 23.6366.2300285.0142.3250mMPa K m MPa a K ⋅=<⋅=⨯⨯==πσ因此，B 板不会断裂。
习题3：证明如探伤给出的裂纹当量直径A D 2=时（深埋裂纹，当量面积为2A π），在裂纹面积相等的情况下，把裂纹简化为椭圆裂纹（短轴长轴比21=c a ）比简化为圆形裂纹安全。
解：①当量直径为A D 2=，则简化为圆形裂纹时有裂纹半径为A ，对于深埋裂纹有：Φ=Φ=AaK πσπσI当c a =时，则2π=Φ，因此有：A AK πσππσ637.02I ==②当量面积为2A π，且轴比为21==k c a ，则a k a c 2==。
由ka A S 22ππ==，得到：k A a =，Φ=Φ=kA aK πσπσI当21==k c a 时，208.146.1==Φ则：A kA aK πσπσπσ696.0I =Φ=Φ=③由于简化为椭圆形裂纹计算得到的应力强度因子要大于简化为圆形裂纹时的应力强度因子，因此偏于安全。
断裂力学作业
研究生课程考试答题册学号056060343姓名徐红炉考试课目断裂力学考试日期2006.9西北工业大学研究生院1． 分析1型裂纹尖端附近的应力应变场。
考虑在无限远处受双向拉伸应力作用的Ⅰ型裂纹问题。
其Westergaard 应力函数的形式选为：)(~)(~~z Z yI z Z R I m I e I +=φ，该函数满足双协调方程，其相应的应力分量为)()(22z Z yI z Z R y I m I e Ix '-=∂∂=φσ （1a ）)()(22z Z yI z Z R xI m I e Iy '+=∂∂=φσ （1b ）)(2z Z yR yx I e Ixy'-=∂∂∂=φτ （1c ）相应的应变分量)]()1()()1[(1)(1z Z I y z Z R E E I m I e y x x ''+-'-'='-'=ννσνσε （2a ）)]()1()()1[(1)(1z Z I y z Z R E E I m I e x y y ''++'-'='-'=ννσνσε （2b ）Gz Z yR G I e xyxy)('-==τγ （2c ） 先确定一个解析函数)(1z Z ,使得到的应力分量应满足问题的全部边界条件。
将x 坐标轴取在裂纹面上，坐标原点取在裂纹中心，则边界条件为： （1） y=0,x ∞→,σσσ==y x（2） y=0,a x <,的裂纹自由面上，0=y σ，0=xy τ；而当a x >，随着a x →，∞→σ。
因此选择函数222)/(1)(ax xx a x Z I -=-=σσ，用z=x+iy 代替上式中的x ，从而有22)(az zz Z I -=σ （3）满足上述边界条件。
为计算方便，将原点坐标从裂纹中心移至裂纹的右端点处，采用新坐标ξ，a z a iy x iy a x -=-+=+-=)()(ξ，或写成a z +=ξ。
2011工程断裂力学试卷
2011工程断裂力学试题一. 填空题 （每题3分，共18分）1. 按裂纹受力情况可将裂纹分为： 型、 型和 型三种类型。
2．复合型断裂准则主要包括： 准则、 准则和 准则。
3．若材料弹性模量为E , 对于线弹性、平面应变问题。
能量释放率I G 和应力强度因子I K 关系为 ; J 积分与能量释放率I G 关系为 。
4．写出常用的计算应力强度因子的三种方法： 法、 法和 法。
5．J 积分的回路定义，在满足 、 和 的条件下，具有守恒性。
6．D B −模型非线型断裂分析的适用条件为： 、 、和 。
二．判断题 （每题2分，共12分，请用√或×在括号里表示） （1）在恒位移和恒载荷情况下，Irwin-Kise 关系均可以表达为：212I cG P Ba ∂=∂。
（ ） （2）标准三点弯曲试样，32()Q Q P S aK f WBW=，当有效性条件满足时，IC Q K K =。
（ ） （3）I 、II 、III 型裂纹均属于平面问题。
（ ） （4）深埋裂纹在短轴端点的应力强度因子I K 最大。
（ ）（5）在小范围屈服下，平面应力问题比平面应变问题的裂纹塑性区要小。
（）（6）对于弹塑性模型，按HRR 奇异场导出的J 积分和δ关系可表示为：n sJd δσ=。
（ ）三．分析计算题 （15分）应变能密度因子:222111222332I I II II III S a K a K K a K a K =+++，其中113311[(34cos )(1cos )],164a a G Gμθθππ=−−+=。
（1）若0.3μ=，IC K 为已知，对于纯III 型裂纹，计算IIIC K 与IC K 关系。
（10分）（2）若图示“无限大”平板的穿透裂纹，100l MPa τ=，10mm a =，当50IC K =（5分）lτlτ四．证明题: （25分）“无限大” 平板，在长为2a 的中心穿透裂纹表面上，距裂纹中心点为x b =±处，各作用一对集中力P (单位厚度上承受的压力)。
2012本科断裂力学试题及答案
…………试卷装订线………………装订线内不要答题，不要填写考生信息………………试卷装订线……………………试卷装订线………………装订线内不要答题，不要填写考生信息………………试卷装订线……………………装订线………………装订线内不要答题，不要填写信息………………装订线…………武汉理工大学考试试题答案（A卷）2012 ~2013 学年1 学期断裂力学课程一、填空题：（每空1分，共20分）1、I型（张开型）裂纹 II型（滑开型）裂纹 III型（撕开型）裂纹2、解析法数值法实验法3、最大环向拉应力理论最大能量释放率理论应变能密度因子理论4、平面应力情况无限大平板中心贯穿裂纹/0.6sσσ≤塑性区内材料为理想塑性5、裂纹扩展单位面积弹性系统所释放的能量212IcG PA∂=∂6、21d d(1,2)iiuJ W x T s ixΓ∂=-=∂⎰不计体力小应变单调加载7、max250MPaS=150MPamS=二、解：应力强度因子由单向拉伸和双向等值应力拉伸两种情况叠加得到，（2分）/5/250.2a R==,查表得：单向拉伸情况 2.3IK=双向等值应力拉伸情况 1.82IK=（5分）因此塑性修正前： 2.3 1.82 4.12IK==（5分）4.12=⨯=平面应力情况，考虑塑性修正后46.5 1.0586IK'==⨯=（5分）因/Ic I IK n K K'=>>，故结构安全。
（3分）（20分）三、 解：与裂纹平行面上的应力：342σσττ'=+=；2σττ'==应力强度因子：I 4K στ==II K ττ== 由最大环向拉应力理论开裂角方程：00sin (3cos 1)0K K θθ+-=I II 得 004sin 3cos 10θθ+-= ，即开裂角方程；由 20003cos cos sin 222K K K θθθ⎡⎤-=⎢⎥⎣⎦I II IC ，得最大外载：max τ=⎣⎦四、 解：20.60.670.73s σσ<==<，平面应力情况，考虑塑性修正后，深埋圆片裂纹的应力强度因子为：I 2,K Y π==等效贯穿裂纹长度为：22223620.89mm 9812s Y aa Yπσσ==⨯=-⎛⎫- ⎪⎝⎭故 5885580.89lnsec lnsec 0.0043mm 232.0610s s a E σπσπδπσπ⨯⨯⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭因为0.0043mm 0.06mm c δδ=<=，所以管道安全。
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断裂力学习题集
简述断裂力学的发展历程（含3-5个关键人物和主要贡献）。
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什么是蠕变,有何特点？蠕变应变随时间的变化中一般可划分成几个阶
段？
在材料的弹塑性行为中，存在临界应力强度因子和临界J积分，它们是表
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抗疲劳设计方法有哪几种？
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我国缺陷评定规范GB/T19624《在用含缺陷压力容器安全评定》中常规评定采用了
双参量失效评定图技术，请画出该图的简图，在该图中横纵坐标分别是什么，如何用该图来评定一含裂纹缺陷的结构安全？。