《材料的宏微观力学性能》宏微观破坏力学基础 ppt课件
材料力学材料的力学性能优质课件
卸载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
再加载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
将卸载再加载曲线与原来旳应力-应变曲线进行比较(图 中曲线OAKDE上旳虚线所示)，能够看出：K点旳应力数值远 远高于A点旳应力数值，即百分比极限有所提升；而断裂时旳 塑性变形却有所降低。这种现象称为应变硬化。工程上常利 用应变硬化来提升某些构件在弹性范围内旳承载能力。
延伸率和截面收缩率旳数值越大，表白材料旳韧性越 好。工程上一般以为δ>5％者为韧性材料； δ＜5％者为脆 性材料。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
材料压缩试验，一般采用短试样。低碳钢压 缩时旳应力-应变曲线。与拉伸时旳应力-应变曲 线相比较，拉伸和压缩屈服前旳曲线基本重叠， 即拉伸、压缩时旳弹性模量及屈服应力相同，但 屈服后，因为试样愈压愈扁，应力-应变曲线不断 上升，试样不会发生破坏。
试样旳变形将随之消失。
这表白这一阶段内旳变形都是
弹性变形，因而涉及线性弹性阶段
在内，统称为弹性阶段。弹性阶段 旳应力最高限
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
弹性力学性能
百分比极限与弹性极 限
大部分韧性材料百分比极限与弹性 极限极为接近，只有经过精密测量才干 加以区别。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨论
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
《材料力学性能》PPT课件
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
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消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
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金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
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第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
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1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
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包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
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第十四章复合材料力学性能_材料的宏微观力学性能
第十四章复合材料力学性能_材料的宏微观力学性能复合材料是由两种或多种不同的材料组成，具有独特的力学性能。
因为复合材料由不同材料组成，其宏微观力学性能由材料的组成、结构、形态以及其在应变、应力和温度条件下的变化所决定。
首先，复合材料的宏观性能包括强度、刚度、韧性和耐久性等。
强度是指材料抵抗外部力量破坏的能力，可以分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。
刚度是指材料对应力的响应程度，可以通过弹性模量来表征。
韧性是指材料在断裂之前能够吸收的能量，可以通过断裂韧性来衡量。
耐久性是指材料在环境条件下长期使用所能保持的性能。
其次，复合材料的微观力学性能包括单根纤维或颗粒的力学性能，以及阵列结构和界面性能。
单根纤维或颗粒材料的力学性能取决于材料的成分、晶体结构、缺陷和纤维的方向。
纤维的方向对复合材料的拉伸、弯曲和剪切等性能有显著影响。
阵列结构是指纤维或颗粒的形态和分布，如纤维间距离、层厚度、纤维排布等。
界面性能是指纤维或颗粒与基体的界面结构以及其相互作用，影响着复合材料整体的性能。
另外，复合材料的力学性能还受到应变、应力和温度的影响。
应变是指物体受力后发生的形变程度，应力是物体单位面积上的力。
复合材料的应变和应力分布不均匀，因为不同材料的应变和应力响应不同，这会导致复合材料整体力学性能的非线性变化。
温度变化也会导致复合材料的线膨胀系数不同，从而对力学性能产生影响。
总体来说，对复合材料力学性能的研究需要考虑宏微观的因素，包括材料成分、结构、形态以及在应变、应力和温度条件下的变化。
这些因素的相互作用决定了复合材料的力学性能。
了解复合材料的力学性能对于材料设计和应用具有重要意义。
第九章宏微观计算材料力学_材料的宏微观力学性能
第九章宏微观计算材料力学_材料的宏微观力学性能材料的宏微观力学性能是指材料在宏观和微观尺度下的力学行为和性能。
宏观力学性能是指材料在整体上对外加力的响应和表现，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
微观力学性能是指材料在微观尺度下的组织结构和缺陷对力学性能的影响，包括位错运动、晶格缺陷、相变等。
在宏观尺度下，材料的弹性模量是一个重要的力学性能。
弹性模量反映了材料受力时的变形能力，是材料的刚度系数。
常见的材料如金属、聚合物、陶瓷等具有不同的弹性模量，弹性模量越大，材料的刚度越大，抵抗变形的能力越强。
屈服强度是材料受力后开始发生塑性变形的临界点，它反映了材料抵抗外力引起塑性变形的能力。
断裂韧性反映了材料抵抗断裂的能力，即破坏前材料吸收的能量。
不同材料的断裂韧性也不同，金属通常具有较高的断裂韧性，而陶瓷则通常具有较低的断裂韧性。
在微观尺度下，材料的力学性能与材料内部的位错运动和晶格缺陷密切相关。
位错是材料中的晶格缺陷，它可以通过滑移、螺旋滑移等方式运动，从而引起材料的塑性变形。
位错的数量和运动性质对材料的塑性变形行为有着重要的影响，不同类型的位错运动可导致不同的塑性变形和强化行为。
晶格缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷等，它们对材料的力学性能和缺陷扩展行为有着重要影响。
例如，点缺陷可以降低材料的强度和韧性，而面缺陷可以作为裂纹的起始点，并影响裂纹的扩展行为。
此外，材料的相变行为也是材料力学性能的重要组成部分。
相变是指材料在温度、应力或组分等条件发生变化时，形态和结构也发生变化的过程。
相变可以引起材料的塑性变形、蠕变和强度等力学性能的变化。
例如，材料的固溶体化相变可以改变材料的晶体结构、晶界运动和晶粒尺寸等，从而对材料的力学性能产生影响。
总之，材料的宏微观力学性能是多个因素共同作用的结果，包括材料的组织结构、晶格缺陷和相变行为等。
深入理解和研究材料的宏微观力学性能对于改善材料的性能和开发新型材料具有重要意义。
第六章材料中的残余应力材料的宏微观力学性能课件
用热作用对残余应力进行去除和调整
实际上，研究应力 松弛时，若弹性的初 期应力为 et ( e Et ) ，则Z时间后的松弛应
力 etz可按下法取得
。首先把试样放入炉 中加热到温度t。到温 度t开始先附加小应力 ， A以后再把载荷慢慢 地附加上去。
图6.4 温度t时应力和应变的关系
用热作用对残余应力进行去除和调整
6.1 残余应力概论 6.2 残余应力的测试方法 6.3 残余应力对材料的力学性能的影响
6.1 残余应力概论
6.1.1 残余应力的产生 6.1.2 残余应力的调整与消除
•
残余应力的产生
1、残余应力的产生原理 2、残余应力的分类 3、残余应力产生的原因
1、残余应力的产生原理
定义
残余应力是在无外力的作用时，以平衡状态存在于物 体内部的应力。
e e Eet , et e Et
按照上式在温度t时的应力则为：
当温度上升若有塑性变形发生时,这时的应 力即为:
此应力在冷却到20℃时则成为如下形式(为 松弛后的常温应力值 ):
et e (Et / E20 )
etz ( e bz ) Et ez Et ez ( e bz ) E20 ez E20
用机械作用去除和调整残余应力
4 表面加工调整残余应力
对于进行了拉拔或轧制的棒或板，一 般在其外表面都要呈现出显著的拉伸 残余应力。为了消除这种应力，并赋 予表面以压缩残余应力，可进行挤光 加工、表面压延、喷丸处理、二次拉 拔等表面加工。
6.2 残余应力测量方法
残余应力测量方法
物理法或是物理化 学法
X射线衍射法 拉曼散射法
磁性法 超声波法 热评估法 电阻法 硬度法 固有应变方法 脆性涂料法 光学法 同位素法 化学浸蚀法
第九章宏微观计算材料力学_材料的宏微观力学性能
◄ Hexagonal honeycombs
Open-cell nickel foam by vapor deposition technique ►
◄ Open-cell polymer foam Aluminum foam coated by aluminum skins ► ◄ Closed-cell polymer foam
二、材料系统
2、我们研究材料系统的目的是为了解两组 变量群之间及各群内部的关联，从而对材 料的某些行为表现做出工艺解释，并进一 步进行材料设计。希望能以较低廉的成本， 较易实现和控制的工艺条件，制备或生产 出具有预定的微结构和性能的材料。应该 说，这是材料系统的功能，也是当代材料 学的目标。 材料系统的复杂性主要表现在以下几个 方面。
提
9.0、引 言
纲
9.1、材料结构的层次与计算材料学
9.2、有限元方法基础
9.3、多晶材料微观变形的模拟 9.4、分子动力学模拟材料的断裂
9.0、引 言
1、如果将实验研究、理论分析称为第一、 第二手段，那么数值模拟作为新的第三手 段的兴起，正在引起科研工作的一场结构 性变化，它将促进多学科间的交叉渗透并 加速基础研究向应用开发的过渡。 数值 模拟 实验 研究 理论 分析
9.0、引 言
2、计算材料力学是根据材料和力学的相关 理论，利用现代电子计算机和各种数值方 法，解决与材料有关的力学实际问题的一 门新兴学科。它横贯材料学和力学的各个 分支，不断扩大各个领域中材料学和力学 的研究和应用范围，同时也在逐渐发展自 己的理论和方法。
9.0、引 言
3、人们在长期的实践中认识到，材料性质 并非是一成不变的依赖于材料的化学组分， 而在很大程度上还取决于材料的微结构。 所谓微结构，是指所有热力学非平衡态的 晶格缺陷在空间分布的集合，其空间尺寸 可以从零点几纳米到数米量级，所对应的 时间尺度可以从数皮秒到数年。从定量上 搞清楚材料的宏观性能与其微结构之间的 关系，一直是材料科学的一个主要目标。
第三章材料的力学性能-PPT课件
屈服现象
屈服机理
影响金属材料屈服强度的因素
（1）晶体结构：金属材料的屈服过程主要是位错的运动。 （2）晶界与亚结构：晶界是位错运动的重要障碍，晶界越多， 对材料屈服强度的提高贡献越大。 （晶粒细化） （3）溶质元素：晶格畸变应力场与位错应力场产生交互作用； 溶质与溶剂之间的电学交互作用；化学交互作用；有序作用等 都使位错运动受阻，从而提高屈服强度，产生固溶增强化。
应变硬化
应变硬化
应变硬化
应变硬化
抗拉强度
抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的 应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0， 抗拉强度用σb表示，即 σb=Fb/A0 抗拉强度是材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。高分 子材料和陶瓷材料的抗拉强度是产品设计的重要依据。
10 30
12 30
10 2.5
30 60
• 120HBS10 ／ 1000 ／ 30 代表用 10mm 钢球，在 1000kgf （ 10kN ）试验力作用下保持 30s ，测得的 布氏硬度值。 • 布氏硬度试验法一般用于试验各种硬度不高的钢材、铸 铁、有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高 的钢件。 • 由于布氏硬度试验的压痕较大，试验结果能更好地代表 试件的硬度。
• 试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按 下选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种
符号 压头类型 载荷/k g f 硬度有效 范围 70～85 使用范围
120
HRA 金刚石圆锥 60 体 直径为 1.588m m钢球 100
适用于测量硬质合金、 钢表、淬火层或渗碳 层
第三章 材料的力学性能
内容
金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 力学实验
第二章宏微观破坏力学基础
第2章宏微观破坏力学基础 在实际生活、生产当中，人们到处可以看到材料或者构件“坏”了。
比如，２００８年“五一二”四川汶川大地震顷刻间那么多房屋倒塌，从而造成近９万条活生生的生灵的消失；平时人们还常常见到桥梁坍塌、列车出轨、飞机失事以及各种大小车祸等。
这种例子数不胜数。
作为大学生或者科技工作者，我们有什么责任呢？为什么会有这么多破坏事件呢？应如何防止这些破坏事件发生？材料或者构件为什么会坏呢？从这些毫无规律的破坏事件中是否可以总结出一些规律性的东西出来呢？本章的任务就是阐述如何从这些看似毫无规律性的东西中提取最核心的东西———裂纹，通过裂纹的概念分析破坏的工程问题和科学问题。
本章主要从宏观破坏力学、微观破坏力学和纳观破坏力学三个方面阐述宏微观破坏力学的基本内容。
2畅1 宏观破坏力学分析在一系列的事故中，人们毫无疑问地要问：“材料或者构件为什么会坏？”，从第１章已经知道，任何材料或者构件都不是孤立存在的，它一定受到一定载荷的作用，而受到载荷的作用就会发生变形，变形或者应力达到一定程度以后就会发生破坏。
这正是材料力学的理论基础，即按材料力学中传统强度理论设计工程构件的要求是σ≤［σ］， ［σ］＝σｓk 塑性材料σｂk 脆性材料（２畅１）·35·即要求构件的工作应力σ必须小于或等于材料的许用应力［σ］，这里σｓ是材料的屈服强度，σｂ是材料的抗拉强度，k 是安全系数，一般取k 为１畅３～２畅０。
如果对外加载荷引起的构件应力σ计算准确，所选取试样测得的σｓ（或σｂ）能够准确地代表构件内部材料对破坏的抗力的话，则可适当降低k 。
“使各种工程构件满足式（２畅１）的要求”是传统设计所采用的方法。
但是第二次世界大战以来，世界各国的生产实践表明，按传统强度理论设计的构件，有时会意外地发生低应力断裂事故。
例如２０世纪５０年代美国完全按照传统强度设计与验收的北极星导弹固体燃料发动机压力壳，在发射时却出乎意料地发生低应力脆断，即断裂时的应力远远低于材料的许用应力［σ］。
《材料的宏微观力学性能》教学大纲
《材料的宏微观力学性能》教学大纲概要介绍课程名称：材料的宏微观力学性能英文译名：Macro-micro Mechanical Properties of Materials授课对象：材料类大学本科生（必修课）；机械类大学本科生（选修课）；研究生（选修课）。
先修要求：理论力学、材料力学、材料科学基础（金属学）学时安排：作为必修课程的学习、学时数安排为72学时；作为选修课程的学习、学时数安排为48学时。
实验教学：1．必做实验：单向拉伸实验（2学时）；扫描电子显微镜下拉伸实验（2学时）（同时观察材料的宏微观性能）；合金硬度试验（2学时）；金属平面应变断裂韧性KIC实验（2学时）；2．选做实验：切口件拉伸试验（2学时）；弯曲、旋转、压缩实验（2学时）；金属轴向应变疲劳试验（2学时）；裂纹扩展试验（2学时，参观）；高温蠕变及持久强度试验（2学时，参观）；应力腐蚀实验（2学时，参观）；材料的超高温实验（2学时，参观）。
课程说明“材料的宏微观力学性能”的课程教学以材料学科与固体力学学科的交叉为主线，始终体现三个结合(特色)：“科学”(基础理论)与“工程”(工程应用)的结合；“宏观”与“微观”的结合；“结构”(材料)与“功能”材料的结合。
比较全面系统地介绍了材料的宏微观力学性能。
本课程设定为72学时。
分为四个模块，共14章。
其中第一模块讲述本书中所需要的基本理论基础，包括第一章基本的弹塑性理论和第二章的宏微观破坏力学基础，大致占14个学时；本书从第3章到第8章为第二个模块，介绍金属材料的力学性能，分别是金属的基本力学性能、硬度、断裂韧性、疲劳和蠕变、残余应力以及材料在环境介质作用下的力学性能，大致占40个学时；第9章介绍各种计算方法在材料中的应用为一个模块，即宏微观计算材料力学大致6个课时；从第10章到14章介绍特殊材料的力学性能，为第四个模块，主要讲述智能材料、薄膜材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料的力学性能，大致12个课时。
第五章材料的断裂机理和断裂韧性_材料的宏微观力学性能
2．疲劳预制裂纹
为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹，使所得的 KIC数据可以对比和实际应用，试件必须用疲劳载荷预 制裂纹。 (1)裂纹要平直和足够的尖锐。 要 求 (2) 疲劳裂纹长度不少于 2.5% W，且不 小于1.5mm。 (3) 裂纹总长度 ( 预制切口加疲劳裂纹 ) 应控制在(0.45~0.55)W范围内。
第五章 材料断裂韧性的测试
5.0 断裂类型与断裂韧性 5.1 平面应变断裂韧性KIC的测试 5.2 表面裂纹断裂韧性KIE的测试 5.3 平面应力断裂韧性KC的测试 5.4 J积分临界值JIC的测试 5.5 裂纹张开位移COD临界值dC的测试
断裂类型
断裂形式复杂多样： 受力环境 疲劳断裂 、蠕变断裂
3．测量试件尺寸
(1)试件厚度应在疲劳裂纹前缘韧带部分测量三 次，取其平均值作为 B，测量精度要求 0.02mm 或0.1%B以内。 (2) 试件高度应在切口附近测量三次，取其平均 值作为 W，测量精度要求 0.02mm 或 0.1% W 以内。
4．试验程序
略
5．KQ的计算
(1)从记录的P-V曲线上确定PQ。 (2)裂纹长度用读数显微镜测出五个a1, a2, a3, a4, a5，如图 所示。取中间三个读数的平均值作为有效裂纹长度，要准 确到误差不超过0.5%。 (3)根据测得的a和W，计算a/W的值， 查出f(a/W)数值。 (4) 将 PQ，B，W， f(a/W) 代 入下式算出KQ。
12
a 185.5 W
32
a 655.5 W
52
a 1017 W
a 638.9 W
92
不同试件及其KIC的表达式
3、C形试件
P K IC BW 1 2
材料宏观力学性能基础知识介绍
材料性能
材料性能的分类
强度
使用性能
（材料在使用过程 中所表现的性能）
洛氏硬度主要有A、B、C三个标尺，其主要区别及应用：
（3）、 维氏硬度
维氏硬度：以一定的试验 力将压头压入试样表面， 保持规定时间卸载后，在 试样表面留下一个四方锥 形的压痕，测量压痕两对 角线长度，以此计算出硬 度值。
维氏硬度压痕：
维氏硬度测量原理： 理化室维氏硬度仪
• 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值， 后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时 间。
零件疲劳失效的过程
零件疲劳失效的过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩 展和瞬时断裂三个阶段。
疲劳断口一般可明显地分成三个区域，即疲劳源、疲劳 裂纹扩展区和瞬时断裂区。
疲劳断口示意图 1-疲劳源 2-扩展区 3-瞬时断裂
6、机械构件失效
材料力学性能与失效模式之间的关系
失效形式
力学性能
断裂 塑性变形 过量弹变 磨损
理化室的洛氏硬度仪
HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量精度较低，不同标尺的硬度值不能比较。
应用：是生产中应用最广泛的硬度试验方法。 可用于成品检验和薄件表面硬度检验。 不适于测量组织不均匀材料。
工程上所用的金属材料，不仅希望具有较高的σs ， 还希望具有一定的屈强比 (σs／σb ) 。
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2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
y x z
y
x
(a)
(b)
P
P
P
P
(c)
(d)
图II2型.2 II裂型裂纹纹
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
y
y
x
z
(a)
(b) m
A
m
(c)
II图I型2.3 I裂II 型纹裂纹
z
A
(d)
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
理论可视为第一阶段。
第一阶
段主要
以变形量、塑性屈服等破坏先特征
兆现象作为防范目标，并提出
了以强度理论为中心的破坏准
则体系；不引入任何缺陷尺度；
对材料的本构行为采用简单连
续介质描述；将材料的缺陷和
破坏抗力经验地反映于若干材
料指标上(如常规的五项强度
韧性指标)。
引言
第二个发展阶段是从第二次世界大战结束至今 的宏观断裂力学阶段。
r 0 应力趋于无限大
怎
么
对于II、III型裂纹，其应力分量在
第二阶段的 主要特征
以断裂等破坏终极现象作为防范目标，并提 出了以断裂韧性理论为中心的破坏准则体系；引 入宏观缺陷，但不考虑细-微观缺陷；对材料的 本构行为采用较复杂的连续介质描述，但材料构 元仍不具有细微观结构；将材料的破坏抗力唯象 地反映在带裂纹标准试件的断裂指标上。
引言
破坏力学的第三个发展阶段是宏微观理 论阶段。这一阶段自20世纪80年代萌生。
巨大的 工程应 用背景
研究内容
破坏力学是各种工程结构(如机械结构、土 木结构、航空航天结构、核电结构、电子 元件结构等)和工程材料(如金属、陶瓷、 高分子、岩土、复合材料、生物材料等)破 坏行为(包括断裂、损伤、疲劳、腐蚀、磨 损)的力学规律研究。
引言
破坏力学 的三个发
展阶段
从伽里略到第二次世界大战前的无缺陷经验
,
s
k
b
k
塑性材料 脆性材料
安全系数 k 一般取为1.3～2.0
工程实 际遇到 的困难！
红色警报！ 遇到雷区！
近几十年来，世界各国生产实践表明：按传 统强度理论设计的构件，有时会意外地发生 低应力断裂事故。无情的事实尖锐地揭示了 这种传统强度设计理论的局限性。
t
E
b
1/ 2
实际断裂强度要比理论 极限强度值小得多。
工程上和理论上都遇到 困难！原因何在？
理论(学术 上遇到困
难)
Inglis在1913年首先 指出：这是因为实 际材料中存在着不 可避免的各种缺陷 如微观裂纹、空穴、 切口、刻痕等，其 尖端附近存在局部 高应力(或高应变) 集中区域，该区域 应力数倍于远离尖 端的应力。从而成 为断裂的“裂源”。 因而提出了“裂纹” 的概念。
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近 的弹性应力场
2.1.2 应力强度因子 2.1.3 小范围屈服下的塑性修正 2.1.4 断裂判据和断裂韧性 2.1.5 弹塑性断裂力学
材料力学 中有几个 强度理论？
•第一强度理论 •第二强度理论 •第三强度理论 •第四强度理论
最大拉应力理论 最大伸长线应变理论 最大剪应力理论 形状改变比能理论
内容
2.0 引 言 2.1 宏观破坏力学分析 2.2 微观破坏力学分析
引言
冲击破坏
钢丝断裂
腐蚀破坏
固体材料的破坏形式多种多样， 找出其破坏规律很重要
引言
固体材料的破坏过程是与湍流相并 列的两大力学难题之一，是力学家 与材料学家为之奋斗了近一个世纪 的多尺度、跨学科命题。
前沿的 学术问
题
引言
水管破裂使得我们用水困难， 浪费资源
船只断裂，人员伤亡
大桥断裂，危险
固体材料的破坏规律的研究对 国民经济有很重要的作用
引言
据一些工业化国家统计，因材料和结构的 破坏所造成的损失占国民经济的生产总值 的8%-12%。破坏事故还造成人员的伤亡， 其后果是无法估量的。我国的情况甚至比 西方发达国家还要严重。另一方面，开发 新材料还存在很大潜力。
2
2
sin
3
2
xy
a 2r
cos
2
sin
2
cos
3
2
K＝ a
x
K 2r
cos 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 sin
2
sin
3 2
y
K 2r
cos 2
1 sin
2
sin
3 2
xy
K cos sin cos 3 2r 2 2 2
如果体内裂纹同时受到正应力和剪 应力的作用或裂纹与正应力成一角度 (如薄壁容器的斜裂纹)，这时就同时 存在I型和II型(或I型和III型)裂纹，称 为复合型裂纹。
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
y
y'
za a
r
o
o'
x
受图 2双.4 受向双向拉拉应应力力作用作的 I用型裂的纹 I型裂纹
第三阶段的 主要特征
其主要特征为追溯从变形、损伤 至断裂的全过程；引入多层次的 缺陷几何结构；对材料的本构行 为采用宏-细-微观相结合的描述， 即在材料构元中体现特定的微结 构；材料的破坏抗力体现为可预 测的力学指标。
引言
本章主要从宏观破坏力学、微观破坏力 学两方面阐述破坏力学的基本内容。
2.1 宏观破坏力学分析
y
y'
za a
r
o
o'
x
图 2.4 受双向拉应力作用的 I 型裂纹
受受双双向向拉拉应应力力作作用用的的I型I型裂裂纹纹
这两个式子有什么 差异？有什么重要 的物理意义？
你发现这个式 子有什么有趣 的地方吗？
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
奇异性 1/ r
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
在平面问题的应力场中，按照裂纹的位 置与应力方向之间的关系可将裂纹附近 的应力、应变场分为三种基本类型：I 型裂纹，II型裂纹，III型裂纹。
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
y y
x
x
z
(a)
(b)
P
P
(c)
(d)
图I型2.1裂I 型纹裂纹
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
y
y'
za a
r
o
o'
x
图 2.4 受双向拉应力作用的 I 型裂纹
2.1.1裂纹的分类及裂纹尖端附近的弹性应力场
x
a 2r
cos 1 sin sin
2
2
3
2
y
a 2r
cos 1 sin