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1. 范天佑 断裂理论基础，科学出版社，2003 2. 黄克智 余寿文, 弹塑性断裂力学,清华大学出版社,1987 3. 杨卫，宏微观断裂力学，国防工业出版社，1995 4. 庄茁,蒋持平 断裂与损伤,机械工业出版社,2003. 5. 余寿文,冯西桥,损伤力学,清华大学出版社,1997.
常见的工程断裂问题
传统材料力学的强度问题
两大假设：均匀、连续 评选寿 定材命
应用
s
b 强度指标
1
材料力学
强度分析
强度理论
f , k , NC f C
四种常用的强度理论
最大拉应力理论（第一强度理论） 材料发生断裂的主要因素是最大拉应力达到极限值
1 0
1－构件危险点的最大拉应力 0－极限拉应力，由单拉实验测得
推动了变形体力学的发展
无缺陷经验理论
➢ 第二阶段（第二次世界大战结束---20世纪末）
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；
带裂纹标准试件的断裂指标；
宏观缺陷
破坏力学上升为独立学科
宏观断裂力学
➢ 第三阶段（20世纪末---至今）
追溯从变形、损伤至断裂的全过程；
机械强度分析
机械强度分析
课程内容
断裂强度分析（24）
材料断裂、裂纹
接触强度分析（2）
接触静强度、接触疲劳
联接强度分析（4）
金属结构联接方法、螺 栓联接强度、焊接联接、 焊缝强度
压力容器强度分析（2）
薄壁容器强度分析方法
断裂强度分析
➢ 绪论
断裂力学的发展史，断裂的跨尺度特性
➢ 宏观断裂力学
线弹性断裂力学：Griffith脆断理论、Irwin应力强度
最大切应力理论（第三强度理论）
无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都 是由于微元内的最大切应力达到了某一极限值。
max 0
－构件危险点的最大切应力 max max (1 3) / 2
0 －极限切应力，由单向拉伸实验测得
0 s / 2
四种常用的强度理论
最大切应力理论（第三强度理论）
屈服条件 强度条件
弹塑性断裂力学：裂纹尖端塑性区、SSY、J积分、 HRR场
数值方法：扩展有限元方法
➢ 细观断裂力学
➢ 疲劳强度
疲劳裂纹扩展、S-N曲线
位错、细观损伤理论、微裂纹
➢ 纳观断裂力学
➢ 高温强度
温度对材料强度的影响、蠕变
原子间作用势、纳观断裂过程、宏微观结合
破坏力学
它泛指对各种工程结构（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。
2 s2
四种常用的强度理论
形状改变比能理论（第四强度理论）
屈服条件
(1
2 )2
( 2
3)2
(3
1)2
2
2 s
强度条件
1 2
(1
2 )2
( 2
3 )2
(3
1)2
s
ns
实验表明：对塑性材料，此理论比第三强度理
论更符合试验结果，在工程中得到了广泛应用。
四种常用的强度理论
强度理论的统一表达式： r [ ]
相当应力
r,1 1 [ ] r,3 1 3 [ ]
r,2 1 ( 2 3) [ ]
r,4
1 2
(1
2 )2
( 2
3)2
( 3
1)2
Байду номын сангаас
[
]
传统强度理论的弊端
➢ 从物理学角度上，它不能识别固体材料的典型特征破坏过程；
引入多层次的缺陷几何结构；
微观缺陷
宏微观理论
本构行为的宏—细—微观相结合的描述-----材料的微结构；
传统强度理论
强度理论：人们根据大量的破坏现象，通过判断推 理、概括，提出了种种关于破坏原因的假说，找出 引起破坏的主要因素，经过实践检验，不断完善， 在一定范围与实际相符合，上升为理论。
为了建立复杂应力状态下的强度条件，而提出 的关于材料破坏原因的假设及计算方法。
四种常用的强度理论
形状改变比能理论（第四强度理论）
无论材料处于什么应力状态,只要发生屈服,都是
由于微元的最大形状改变比能达到一个极限值。
vd vd0
v －构件危险点的形状改变比能
d
vd
1
6E
(1
2 )2
( 2
3)2
(3
1)2
v0 －形状改变比能的极限值，由单拉实验测得
d
vd0
1
6E
1 3 s
1
3
s
ns
低碳钢拉伸
低碳钢扭转
四种常用的强度理论
最大切应力理论（第三强度理论） 实验表明：此理论对于塑性材料的屈服破坏能够得到 较为满意的解释。并能解释材料在三向均压下不发生 塑性变形或断裂的事实。
局限性：
1、未考虑 2的影响，试验证实最大影响达15%。
2、不能解释三向均拉下可能发生断裂的现象，
据我国劳动部统计，我国在20世纪80年代发 生的锅炉和压力容器的爆炸事故约五千起，人员 累计伤亡近万人，居国内劳动安全事故的第二位。
断裂力学的研究意义在于防范上述的破坏行为， 降低由断裂和破坏造成的经济损失，减少事故的 发生。
破坏力学的三个发展阶段
➢ 第一阶段（16世纪末---第二次世界大战前）
以强度理论为中心的破坏准则体系； 不引入任何缺陷尺度； 材料本构行为的连续介质描述；
压力容器发生破裂
天然气和其他压力管道的裂纹扩展
常见的工程断裂问题
飞机机身和船体开裂
铁轨与车轴等构件的疲劳断裂
常见的工程断裂问题
断裂问题的分类： 线弹性断裂力学——脆性断裂 弹塑性断裂力学——延性断裂（韧性断裂）
脆性断裂
延性断裂
常见的工程断裂问题
据美国和欧共体的权威专业机构统计：世界上 由于机件、构件及电子元件的断裂、疲劳、腐蚀、 磨损破坏造成的经济损失高达各国国民生产总值 的6～8%。
0 b
断裂条件 强度条件
1 b
1
b
n
四种常用的强度理论
最大伸长拉应变理论（第二强度理论）
无论材料处于什么应力状态,只要发生脆性断裂, 都是由于微元内的最大拉应变（线变形）达到简单 拉伸时的破坏伸长应变数值。
1 0
1－构件危险点的最大伸长线应变
1 [1 (2 3)] / E 0－极限伸长线应变，由单向拉伸实验测得
0 b / E
四种常用的强度理论
最大伸长拉应变理论（第二强度理论）
断裂条件 即
1 E
[
1
(
2
3
)]
b
E
1 ( 2 3) b
强度条件
1 ( 2
3)
b
n
[ ]
实验表明：此理论对于一拉一压的二向应力状态的脆 性材料的断裂较符合，如铸铁受拉压比第一强度理论 更接近实际情况。
四种常用的强度理论