断裂力学作业

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寸。
题 5-2 图
5-3 在无限远处合力 F=1.26MN 的图示有限宽含穿透裂纹平板,材料的条件屈极 限σ 0.2 = 1120MPa ,板厚为 10mm,板宽 W=200mm。用应力强度因子公式 KΙ = f (λ)σ π a ,其中 λ = 2a w, f (λ) = (1 − 0.5λ + 0.37λ 2 −0.044λ 3) 1 −λ , 试计算 K I 值。
标准三点弯曲试样做试验,问测得的临界应力强度因子是否为 KΙC ?
(3)若要测定有效的 KΙC ,问试样的厚度应是多少?
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题 4-1 图
题 4-2 图
4-4 两种热处理状态条件下Ti − 6AL − 4V 合金的性能为:
= (1)σ s 910MPa , KΙC = 115.4MPa m ;
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题 5-3 图
第六章 能量法
6-1 用材料力学简化公式计算双悬臂梁(DCB)试样在楔加载时,裂纹嘴位移V = δ 时的 G,并与恒载荷 P 拉开时的 G 相比较。
6-2 试求图中裂纹面的张开位移:(1)x= -b 处;(2)x=0 处。 6-3 含有长为 2a 的中央裂纹的无限大板,在板端受拉应力σ 作用。用帕里斯位
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β
题 3-6 图
3-7 如图所示,薄壁受压容器上有一长为 2a 的斜裂纹,裂纹与周向应力σθ 的夹 角为 β ,容器内半径为 R,厚度为 t,内压为 p,求应力强度因子。
β
σθ
σz
σz
σθ
题 3-7 图
3-8 物体内部有一圆盘状深埋裂纹,直径为 2.5cm,这一直径比物体的其他尺寸 小得多,若垂直于裂纹面的方向作用拉应力 700Mpa,试计算应力强度因子。
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题 3-9 图
第四章 K 准则及断裂韧性
4-1 有两块外形尺寸相同的铝合金板,厚度为 4mm,宽度为 48mm。 第一块板 中央含有直径为 12mm 的圆孔, 而第二块板中央除含有这一圆孔外,在其孔
边还有两条深为 3mm 的裂纹。已知铝合金的屈服极限σ s = 455MPa ,断裂
E = 206GPa ,泊松比ν = 0.25 ,为 I 型裂纹。试估计当 KΙ = 100MPa m 时
的塑性区尺寸。 5-2 具有圆环裂纹的圆杆,D=50mm,d=30mm,受力 F=736KN,材料的屈服
= 极限 σ s
931MPa
。裂纹顶端

=
F
3
D2
(1.72
D d
−1.27)
,试估计其塑性区尺
右端的应力强度因子。 3-3 裂纹面上有一对滑开力 Q,确定此无限大板右端的应力强度因子。
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题 3-3 图
3-4 用叠加法计算下图的应力强度因子(右端)。
题 3-4 图
3-5 无限大板中裂纹受下图所示应力,求其应力强度因子。
题 3-5 图
3-6 求下图所示的应力强度因子(右端)。
2-6 用 I 型裂纹尖端的应力公式计算:
(1)θ = 0o, 45o ,90o,135o,180o 处的σ x ,σ y ,τxy 值;
(2)用莫尔圆确定θ = 45o 及 90o 处的主应力大小和方向。
第三章 应力强度因子的确定
3-1 设有一对力 F 劈开裂纹,确定裂纹左端的应力强度因子。 3-2 已知条件同题 3-1 图所示。试求在 c=a-b, a → ∞ , b → ∞ 的情况下,裂纹
5-4 一块含有 16mm 中心穿透裂纹的钢板,受到 350MPa 的垂直于裂纹平面的应 力作用。如果材料的屈服极限σ s 为 1400MPa,求塑性区尺寸和裂纹顶端等 效应力强度因子。若其它条件相同,仅σ s 降低到 385MPa,做同样的计算, 并对所得结果进行讨论。
5-5 高压气瓶内径 d=435mm,壁厚 1.65mm,最大工作压力 pmax = 5MPa ,材料 为 14SiMnCrNiMoV,屈服极限 σ s = 736MPa 。存在深度 a=0.5mm,长度 2c=4mm 的表面轴向裂纹,试确定其应力强度因子 KΙ 。
= 韧性 KΙC 26MPa m ;圆孔集中系数 Kt = 2.43 。试求引起第二块板断裂的
应力与引起第一块板屈服的应力之比值。 4-2 工程师采用T 20811钢设计钢梁,对图示试样测出最小的边裂纹 a = 0.1mm 。
这种材料热处理状态不同时其性能亦不同,
第一种情形 σ s = 1790 MPa , K Ι C = 38 MPa m ;
移公式证明中央裂纹变成椭圆形,并指出其长轴及短轴的长度。
6-4 证明: KΠC =
3(1− 2ν ) 2(1−ν ) −ν
2
KΙC ,
K IIIC
=
1 − 2ν KΙC .
题 6-1 图
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题 6-2 图
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= 第二种情形 σ s 2070MPa, KΙC = 28MPa m 。
试问采用哪种热处理状态较为合适?
4-3 物体内有一圆片状深埋裂纹,其直径为 25mm。当垂直于裂纹面的应力为
700Mpa 时,物体发生断裂。
(1)估计断裂时的临界应力强度因子值; (KΙ
=
2 π
σ
πa)
(2)若材料的 σ s =1100MPa ,用厚度 B = 7.5mm ,裂纹长度 a = 37.5mm 的
= (2)σ s 1035MPa , KΙC = 55MPa m ;
当设计应力为
75%σ
s
时,试求其表面半椭圆状裂纹的临界尺寸(
a 2c

0.2
)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第五章 裂纹顶端的塑性区
5-1 材 料 的 强 度 极 限 σb = 1000MPa , 屈 服 极 限 σ s = 860MPa , 弹 性 模 量
3-9 一个由灰口铸铁制造的天然气管道阀门,呈圆筒形,外径 124mm,内径 106mm。在径向平面内有一裂纹,沿筒轴向长 47mm,径向深 a=5mm,由 外向内扩展,承受压力 1.5Mpa,就以下情况估计其应力强度因子值。
(1)简化为 47mm 的穿透裂纹; (2)作为半椭圆表面裂纹。
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的应力和位移。 2-3 证明:含裂纹的无限大板在无限远处受均匀拉应力时,裂纹将张开成椭圆形。
2-4 无限大板含有 2a 长的贯穿裂纹,在无限远处受面内剪切应力τ ∞ 作用,试分
析计算裂纹两表面中点的位移 u(0) 和 v(0) 。
2-5 一块无限大板,在无限远处受到双向均匀拉应力 350Mpa,板中央有一长度 为 5 cm 长的裂纹,试计算其应力强度因子值。 π
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《断裂力学》作业
第二章 裂纹尖端区域的应力场
2-1 试证明 I 型裂纹问题的应力函数 ΦΙ = Re ZΙ ( z) + yImZΙ ( z) 满足双调和方程,
即 ∇2∇2ΦΙ = 0 ,并求出对应的应力分量及位移分量的表达式。
2-2 验证 ZΠ (z) =
τ z 满足问题的全部边界条件,并求裂纹尖端附近区域中 z2 − a2
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