理论断裂强度与脆断理论

相关原理回顾 Review of interrelated theory
面缺陷 （area defects） defects）
层错（ 层错（ stacking fault ）：是指密排晶体结构中的整层密排面上的原子发 生了错排，这是晶体在滑移Байду номын сангаас程中造成的一种缺陷。它是一种晶格缺陷， 生了错排，这是晶体在滑移过程中造成的一种缺陷。它是一种晶格缺陷， 它破坏了晶体周期排列的完整性，从而引起能量升高。 它破坏了晶体周期排列的完整性，从而引起能量升高。通常把产生单位面 层错能” 积层错所需的能量称 为“层错能”。 晶界（ 晶界（grain boundary）：多晶体中每个晶粒是靠晶界将其联成一体。根 boundary） 多晶体中每个晶粒是靠晶界将其联成一体。 据两部分晶体之间存在的位向差值θ的不同，可将晶界分为： 据两部分晶体之间存在的位向差值θ的不同，可将晶界分为： 大角度晶界：相邻部分晶体的位向差θ 大角度晶界：相邻部分晶体的位向差θ >10o 小角度晶界： 相邻部分晶体的位向差θ 小角度晶界： 相邻部分晶体的位向差θ <10o 亚晶界：相邻部分晶体的位向差θ <2o 亚晶界：相邻部分晶体的位向差θ 相界（ 相界（phase boundary）：是指具有不同结构的两种固相之间的界面。 boundary） 是指具有不同结构的两种固相之间的界面。
相关原理回顾 Review of interrelated theory
晶体学原理( 晶体学原理(Principles of Crystallography)： Crystallography)： crystal lattice, metallic bond, slip systems, stacking fault, lattice constants, crystallographic indices, phase, diffusion, phase transformation, ordered or disordered solid solution, texture, orientation, fcc (Al, Cu, γ-Fe)，bcc (α-Fe, Fe)， (α Cr, V, W)，hcp (Zn, Mg, Be) W)， 晶体缺陷( crystals)： 晶体缺陷(Defects in crystals)：⇒distortion 点缺陷( 点缺陷(point defects): vacancy, interstitial atom, foreign interstitial atom 空位：未被占据的（或空着的）原子位置。 空位：未被占据的（或空着的）原子位置。 间隙原子：进入点阵间隙中的原子。 间隙原子：进入点阵间隙中的原子。 置换原子： 置换原子：替换基体原子位置的外来原子 线缺陷( dislocation，原子错排的过渡区域。 线缺陷(linear defects): dislocation，原子错排的过渡区域。 刃型位错（ dislocation） 位错线垂直于滑移方向。 刃型位错（edge dislocation），位错线垂直于滑移方向。 螺型位错（ dislocation） 位错线平行于滑移方向。 螺型位错（screw dislocation），位错线平行于滑移方向。
三者既相对独立，又会发生交互作用： 三者既相对独立，又会发生交互作用： 1. 腐蚀与断裂常相伴发生，如应力腐蚀开裂（SCC, Stress 腐蚀与断裂常相伴发生，如应力腐蚀开裂（ Corrosion Crack)，这是指受拉伸应力作用的金属材料在 ， 某些特定的介质中， 某些特定的介质中，由于腐蚀介质与应力的协同作用而 发生的脆性断裂现象。 发生的脆性断裂现象。 2. 磨损与断裂也常常同时发生。磨损实际上是由一个个微 磨损与断裂也常常同时发生。 小的断裂过程组成的。 小的断裂过程组成的。 3. 广义地讲，材料或构件在失效前的所有劣化过程均为损 广义地讲， 因此，损伤是失效的前提， 伤。因此，损伤是失效的前提，失效是损伤积累到极限 情况的必然结果。 情况的必然结果。任何延缓损伤的措施均可提高材料或 构件的服役寿命。 构件的服役寿命。 本课程研究目的： 本课程研究目的： 研究损伤与断裂的机理和规律； 研究损伤与断裂的机理和规律；学习损伤与断裂的 表征方法；预测构件的使用寿命, 表征方法；预测构件的使用寿命,为防止事故发生及延长 构件使用寿命提供设计依据。 构件使用寿命提供设计依据。 返回
(a) dynamic restoration
(b) dynamic re-crystallization
图1-1 动态回复与再结晶曲线
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扩散与相变( 扩散与相变(Diffusion and phase transformation)： transformation)： 理解：强化相( phases)的析出 precipitation)与溶 的析出( 理解：强化相(strengthening phases)的析出(precipitation)与溶 解(resolution) 强化机制( 强化机制(strengthening mechanics)： mechanics)： solid solution hardening(固溶强化)、precipitation hardening(沉 hardening(固溶强化 固溶强化) hardening(沉 淀强化) hardening(弥散强化 弥散强化) hardening)形 淀强化)、dispersion hardening(弥散强化)、(strain hardening)形 变强化、 hardening(晶界强化 晶界强化) 变强化、grain boundary hardening(晶界强化)、phase transformation hardening(相变强化) hardening(相变强化 相变强化) 力学原理（ 力学原理（mechanical theory): 弹性力学( mechanics)： 理解distortion⇒ 弹性力学(elastic mechanics)：542, 理解distortion⇒stress field 塑性力学( 塑性力学(plastic mechanics): yield conditions(Tresca, Mises), plastic constitutive equation（塑性本构方程）, analytic equation（塑性本构方程） methods(Slab, UBEM, FEM) 断裂力学( 断裂力学(fracture mechanics): crack-top stress, KⅠc(fracture cracktoughness)
材料的损伤与断裂
Damage and Fracture of Materials
(Teaching papers)
绪 论 Introduction
材料失效方式 断裂为材料（构件） 的三种方式之一。 断裂为材料（构件）失效 (failure) 的三种方式之一。 磨损（wearing), 金属构件和其他部件相互作用, 磨损（wearing), 金属构件和其他部件相互作用,由于机械 摩擦而引起的逐渐损坏。 摩擦而引起的逐渐损坏。 腐蚀（corrosion), 腐蚀（corrosion), 金属材料或其制件在周围环境介质的作 用下，逐渐产生的损坏或变质现象。 用下，逐渐产生的损坏或变质现象。 断裂（fracture） 是一个过程： 断裂（fracture）, 是一个过程： 广义地，是指从微裂纹产生直至构件破断两部分的过程。 广义地，是指从微裂纹产生直至构件破断两部分的过程。 狭义地，是指从宏观裂纹形成到裂纹的扩展、 狭义地，是指从宏观裂纹形成到裂纹的扩展、合并直至构 件破断的过程。 件破断的过程。 两者的区别在于：是否将损伤算在内。 两者的区别在于：是否将损伤算在内。 损伤( 从微观裂纹形成到微裂纹扩展、 损伤(damage)：从微观裂纹形成到微裂纹扩展、合并形成 宏观裂纹的过程。 宏观裂纹的过程。
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摩擦与润滑( 摩擦与润滑(friction and lubrication)： lubrication)： 边界条件问题⇒塑性变形的均匀性⇒ 边界条件问题⇒塑性变形的均匀性⇒材料组织与性能 塑性加工原理( 塑性加工原理(Theory of plastic forming): 三度五图 三度：变形温度、变形速度、 三度：变形温度、变形速度、变形程度 五图：相图、再结晶图、变形力学图、塑性图、 五图：相图、再结晶图、变形力学图、塑性图、变形抗力图 塑性加工方法( 塑性加工方法(plastic working methods): extrusion, rolling, drawing, punching, forging 材料力学性能( 材料力学性能(mechanical properties): elastic modulus, shear modulus, Posson’ ratio, yield stress, tensile strength, Posson’ fatigue strength, elongation, reduction of cross-section, hardness, tenacity, crossductility, index of hardening, sensitivity index of strain rate…… rate…… 金属制品质量( 金属制品质量(Quality of metallic products): structures(micro- macrostructures(micro-, macro-), properties(mechanical, corrosion resistance, electro-, electrothermothermo-), precision(dimension, shape, surface) 检验方法( 检验方法(examination methods): mechanical property testing, OM(optical microscope), SEM(scanning electronic microscope), TEM(transverse electronic microscope), X-ray diffraction X-
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金属塑性变形机制( 金属塑性变形机制(Mechanics of plastic deformation)：(位错理论) deformation)： 位错理论) Slip（滑移） Slip（滑移）: slip plane, slip direction, glide（交滑移）, climb glide（交滑移） 攀移）， ），割阶 （攀移），割阶 Twin（孪生）： Twin（孪生）：twin boundary, shear deformation, ）：twin Creep（蠕变）： Creep（蠕变）：diffusion, low stress ）：diffusion, Boundary slipping（晶界滑移）：超塑性(super-plasticity) 材 slipping（晶界滑移）：超塑性(super）：超塑性 料的主要变形机理 回复与再结晶( 回复与再结晶(Recovery and re-crystallization)： re-crystallization)： re动态回复与动态再结晶 (dynamic recovery and recrystallization) re静态回复与静态再结晶 (static recovery and re-crystallization)