斷裂可靠性問(wèn)題 1

1、2021-12-5東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)代設(shè)計(jì)與分析研究所斷裂可靠性問(wèn)題1斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)代設(shè)計(jì)與分析研究所現(xiàn)代設(shè)計(jì)與分析研究所何雪何雪浤浤2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤2斷裂可靠性問(wèn)題u問(wèn)題的由來(lái)；問(wèn)題的由來(lái)；u斷裂力學(xué)的基本概念和方法；斷裂力學(xué)的基本概念和方法；u斷裂可靠性分析。斷裂可靠性分析。常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法；常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法；常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及其常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及其解決方法。解決方法。線彈性斷裂力學(xué)的基本理論；線彈性斷裂力學(xué)的基本理論；線彈性斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用：線彈性

2、斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用： 靜強(qiáng)度中斷裂準(zhǔn)則的應(yīng)用；靜強(qiáng)度中斷裂準(zhǔn)則的應(yīng)用； 損傷容限設(shè)計(jì)損傷容限設(shè)計(jì)。靜載抗斷裂的可靠度；靜載抗斷裂的可靠度；變載抗斷裂的可靠度變載抗斷裂的可靠度 ；變載抗斷裂的可靠壽命變載抗斷裂的可靠壽命 。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤31. 常規(guī)機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般方法常規(guī)機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般方法u常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)u應(yīng)用應(yīng)用q 靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)：拉、彎、扭、靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)：拉、彎、扭、q 疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：對(duì)稱、脈動(dòng)、疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：對(duì)稱、脈動(dòng)、應(yīng)力計(jì)算、實(shí)測(cè)計(jì)算、實(shí)測(cè)許用應(yīng)力由材料、結(jié)構(gòu)由材料、結(jié)構(gòu)及工況規(guī)定及工況規(guī)定2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題

3、東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤4常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問(wèn)題u應(yīng)力分析中的不確定因素應(yīng)力分析中的不確定因素q外載荷的不確定外載荷的不確定q尺寸因素的不確定尺寸因素的不確定q材料特性的不確定材料特性的不確定u實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用q大于大于1的安全系數(shù)的安全系數(shù)u設(shè)計(jì)基本思想（理想）設(shè)計(jì)基本思想（理想）q連續(xù)體連續(xù)體q永不破壞（或規(guī)定條件）永不破壞（或規(guī)定條件）問(wèn)題一問(wèn)題一變量是確定的變量是確定的問(wèn)題二問(wèn)題二物體是連續(xù)無(wú)缺陷的物體是連續(xù)無(wú)缺陷的2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤5問(wèn)題一的解決概率法機(jī)械設(shè)計(jì)u將設(shè)計(jì)變量視為隨機(jī)變量，保證所設(shè)計(jì)的零件將設(shè)計(jì)變量視為隨機(jī)變量，保證

4、所設(shè)計(jì)的零件具有指定的可靠性指標(biāo)。具有指定的可靠性指標(biāo)。maxminlimnlsRRnlim2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤6應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型O dxl f(x) fl(xl) fs(xs) xl0 x )0()()(lslsxxPxxPtR2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤7應(yīng)力、強(qiáng)度不同分布下的可靠度u（1） 應(yīng)力和強(qiáng)度都是指數(shù)分布時(shí)應(yīng)力和強(qiáng)度都是指數(shù)分布時(shí)q應(yīng)力分布函數(shù)應(yīng)力分布函數(shù)q強(qiáng)度分布函數(shù)強(qiáng)度分布函數(shù) q可靠度可靠度 0,00,1)(xxexFxll當(dāng)當(dāng)0,00,1)(xxexFxSS當(dāng)當(dāng)lSSSllR2021-12

5、-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤8應(yīng)力、強(qiáng)度不同分布下的可靠度u（2）應(yīng)力和強(qiáng)度都是正態(tài)分布時(shí)）應(yīng)力和強(qiáng)度都是正態(tài)分布時(shí)q應(yīng)力分布函數(shù)應(yīng)力分布函數(shù)l q強(qiáng)度分布函數(shù)強(qiáng)度分布函數(shù) s q由聯(lián)系方程求由聯(lián)系方程求ZR，查正態(tài)分布表求可靠度，查正態(tài)分布表求可靠度 ),(2llN),(2ssN2122lslsRZ)(RZR2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤9應(yīng)力、強(qiáng)度不同分布下的可靠度2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤10問(wèn)題二與工程現(xiàn)實(shí)u誰(shuí)對(duì)空難負(fù)責(zé)誰(shuí)對(duì)空難負(fù)責(zé)?q1979年，美國(guó)歷史上最大的空難事件，年，美國(guó)歷史上

6、最大的空難事件，270多人多人 q原因：聯(lián)接發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)翼的連接件發(fā)生了斷裂原因：聯(lián)接發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)翼的連接件發(fā)生了斷裂u歷史的回顧歷史的回顧q鐵路：英國(guó)，車輪、車軌、軌道斷裂鐵路：英國(guó)，車輪、車軌、軌道斷裂q橋梁：比利時(shí)，橋梁：比利時(shí)，4年年14起起q輪船：二次大戰(zhàn)，美貨輪、油輪，焊接輪船：二次大戰(zhàn)，美貨輪、油輪，焊接q飛機(jī)：英國(guó)飛機(jī)：英國(guó)“彗星彗星”號(hào)號(hào)q導(dǎo)彈：美國(guó)導(dǎo)彈：美國(guó)“北極星北極星”q壓力容器壓力容器q航天飛機(jī)、航天飛機(jī)、2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤11事故的共同特點(diǎn)事故的共同特點(diǎn)u破壞時(shí)的破壞時(shí)的工作應(yīng)力工作應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低低于材料的屈服極限；于材料

7、的屈服極限； u破壞的主要原因在于實(shí)際結(jié)構(gòu)材料中存在破壞的主要原因在于實(shí)際結(jié)構(gòu)材料中存在各種各種缺陷或裂紋缺陷或裂紋，這些裂紋的存在顯著地降低了結(jié)，這些裂紋的存在顯著地降低了結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際強(qiáng)度。構(gòu)材料的實(shí)際強(qiáng)度。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤12問(wèn)題二的解決損傷容限設(shè)計(jì)u損傷容限設(shè)計(jì)就是以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)，以損傷容限設(shè)計(jì)就是以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)，以無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)和斷裂韌度的測(cè)量技術(shù)為手段，無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)和斷裂韌度的測(cè)量技術(shù)為手段，以以有初始缺陷或裂紋有初始缺陷或裂紋零構(gòu)件的剩余壽命估算為零構(gòu)件的剩余壽命估算為中心，以斷裂控制為保證，確保零構(gòu)件在其服中心，以斷裂

8、控制為保證，確保零構(gòu)件在其服役期內(nèi)能夠安全使用的一種疲勞設(shè)計(jì)方法。役期內(nèi)能夠安全使用的一種疲勞設(shè)計(jì)方法。 2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤13損傷容限設(shè)計(jì)的基本思想u設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想：允許零件有初始缺陷，或在服役過(guò)程允許零件有初始缺陷，或在服役過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生破損，但在下次檢修之前應(yīng)保持一中出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生破損，但在下次檢修之前應(yīng)保持一定的剩余強(qiáng)度，能夠正常使用，直到下次檢修予以發(fā)定的剩余強(qiáng)度，能夠正常使用，直到下次檢修予以發(fā)現(xiàn)、修復(fù)或更換?，F(xiàn)、修復(fù)或更換。u關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵問(wèn)題：如何估算裂紋擴(kuò)展壽命（靜載下如何估算裂紋擴(kuò)展壽命（靜載下的剩余強(qiáng)度？）的剩余強(qiáng)度？

9、）斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤142 斷裂力學(xué)的基本理論u 什么是斷裂力學(xué)？什么是斷裂力學(xué)？q 含裂紋體的強(qiáng)度理論。含裂紋體的強(qiáng)度理論。q定量地研究承載體由于含有一條主裂紋發(fā)生擴(kuò)展定量地研究承載體由于含有一條主裂紋發(fā)生擴(kuò)展（包括靜載及疲勞載荷下的擴(kuò)展）而產(chǎn)生失效的條（包括靜載及疲勞載荷下的擴(kuò)展）而產(chǎn)生失效的條件。件。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤152 斷裂力學(xué)的基本理論u斷裂力學(xué)的目的：斷裂力學(xué)的目的：q研究材料或結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展（萌生）的動(dòng)力和阻力研究材料或結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展（萌生）的動(dòng)力和阻力 q斷裂準(zhǔn)則

10、及其適用范圍和適用條件斷裂準(zhǔn)則及其適用范圍和適用條件 q應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析：裂紋起裂、擴(kuò)展到失穩(wěn)過(guò)應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析：裂紋起裂、擴(kuò)展到失穩(wěn)過(guò)程程q估算含裂紋結(jié)構(gòu)的壽命：疲勞問(wèn)題估算含裂紋結(jié)構(gòu)的壽命：疲勞問(wèn)題2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤162 斷裂力學(xué)的基本理論u斷裂力學(xué)涉及力學(xué)、材料學(xué)和工程應(yīng)用斷裂力學(xué)涉及力學(xué)、材料學(xué)和工程應(yīng)用的許多問(wèn)題，可用于處理：的許多問(wèn)題，可用于處理：q結(jié)構(gòu)形式已定，裂紋的情況已知，該結(jié)構(gòu)的承載能結(jié)構(gòu)形式已定，裂紋的情況已知，該結(jié)構(gòu)的承載能力如何？力如何？（剩余強(qiáng)度）（剩余強(qiáng)度）q結(jié)構(gòu)形式已定，外載荷已知，允許最長(zhǎng)的裂紋為多結(jié)構(gòu)

11、形式已定，外載荷已知，允許最長(zhǎng)的裂紋為多少？少？（損傷容限）（損傷容限）q已知結(jié)構(gòu)裂紋的情況、損傷容限（允許最長(zhǎng)的裂紋）已知結(jié)構(gòu)裂紋的情況、損傷容限（允許最長(zhǎng)的裂紋）和外載荷，如何計(jì)算結(jié)構(gòu)允許使用的時(shí)間？和外載荷，如何計(jì)算結(jié)構(gòu)允許使用的時(shí)間？（剩余（剩余壽命壽命疲勞裂紋擴(kuò)展壽命）疲勞裂紋擴(kuò)展壽命）q選擇材料。選擇材料。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤172 斷裂力學(xué)的基本理論u2.1 裂紋的基本類型裂紋的基本類型u2.2 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子u2.3 脆性斷裂的脆性斷裂的K準(zhǔn)則準(zhǔn)則u2.4 工程應(yīng)用中的斷裂問(wèn)題工程應(yīng)

12、用中的斷裂問(wèn)題2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤182.1 裂紋的基本類型裂紋表面裂紋表面裂紋裂紋前緣前緣IIIIII2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤19三種基本斷裂類型的實(shí)例 2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤20 葉輪中的I型裂紋 2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤21聯(lián)接螺栓中的II型裂紋2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤222.2 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子u裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分析方法：分析方法：q按彈

13、性理論；按彈性理論；q分析邊界條件；分析邊界條件；q求解應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)求解應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)u裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的一般表達(dá)式一般表達(dá)式：2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤232.2 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子u改變裂紋類型后的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分析結(jié)果：改變裂紋類型后的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分析結(jié)果：u應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子的一般表達(dá)式：的一般表達(dá)式：2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤242.2 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子u應(yīng)力場(chǎng)分析結(jié)果討論一應(yīng)力場(chǎng)分析結(jié)果討論一q裂紋尖端附近區(qū)域的應(yīng)力分布是位置坐標(biāo)的函數(shù)，與裂紋尖端附近區(qū)域的

14、應(yīng)力分布是位置坐標(biāo)的函數(shù)，與無(wú)限遠(yuǎn)處的應(yīng)力大小和裂紋長(zhǎng)度無(wú)關(guān)；無(wú)限遠(yuǎn)處的應(yīng)力大小和裂紋長(zhǎng)度無(wú)關(guān)；q應(yīng)力在裂紋尖端出現(xiàn)奇異點(diǎn)；應(yīng)力在裂紋尖端出現(xiàn)奇異點(diǎn)； u結(jié)論一結(jié)論一q應(yīng)力不適宜作為建立強(qiáng)度條件的物理參量。應(yīng)力不適宜作為建立強(qiáng)度條件的物理參量。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤252.2 裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析及應(yīng)力強(qiáng)度因子u應(yīng)力場(chǎng)分析結(jié)果討論二應(yīng)力場(chǎng)分析結(jié)果討論二q應(yīng)力強(qiáng)度因子在裂紋尖端是一個(gè)有限量；應(yīng)力強(qiáng)度因子在裂紋尖端是一個(gè)有限量；q應(yīng)力強(qiáng)度因子是裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)強(qiáng)度的度量；應(yīng)力強(qiáng)度因子是裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)強(qiáng)度的度量；q應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值是材料本身的固有屬

15、性。應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值是材料本身的固有屬性。u結(jié)論二結(jié)論二q利用應(yīng)力強(qiáng)度因子建立破壞條件是適當(dāng)?shù)?。利用?yīng)力強(qiáng)度因子建立破壞條件是適當(dāng)?shù)摹?021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤262.3 脆性斷裂的K準(zhǔn)則u（1） 應(yīng)變能釋放率與應(yīng)變能釋放率與G準(zhǔn)則準(zhǔn)則q分析原理：能量法分析原理：能量法應(yīng)變能釋放率應(yīng)變能釋放率裂紋擴(kuò)展需要吸裂紋擴(kuò)展需要吸收的能量率收的能量率擴(kuò)展擴(kuò)展穩(wěn)定穩(wěn)定臨界臨界裂紋臨界條件：裂紋臨界條件：G準(zhǔn)則準(zhǔn)則2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤27（1） 應(yīng)變能釋放率與G準(zhǔn)則u無(wú)限大板受拉伸實(shí)例無(wú)限大板受拉伸實(shí)例臨界條件臨界條件

16、臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力臨界裂紋長(zhǎng)度臨界裂紋長(zhǎng)度2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤28（1） 應(yīng)變能釋放率與G準(zhǔn)則u關(guān)于關(guān)于G準(zhǔn)則的討論準(zhǔn)則的討論qGIc是材料常數(shù)，表征材料對(duì)裂紋擴(kuò)展的抵抗能力，由是材料常數(shù)，表征材料對(duì)裂紋擴(kuò)展的抵抗能力，由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。 q上述工程應(yīng)用實(shí)例適用于脆性材料。上述工程應(yīng)用實(shí)例適用于脆性材料。q金屬材料的金屬材料的G準(zhǔn)則：準(zhǔn)則：應(yīng)變能釋放率應(yīng)變能釋放率=形成新表面所需表面能形成新表面所需表面能+裂紋擴(kuò)裂紋擴(kuò)展所需塑性變形能。展所需塑性變形能。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤29（2） 應(yīng)力強(qiáng)度因子

17、與應(yīng)變能釋放率之間的關(guān)系u在討論線彈性斷裂問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用在討論線彈性斷裂問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用G和和K為參數(shù)為參數(shù)是等價(jià)的。是等價(jià)的。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤30（3） K準(zhǔn)則的表達(dá)及物理意義u K準(zhǔn)則的一般表達(dá)式準(zhǔn)則的一般表達(dá)式:u KI和和KIc的物理意義的物理意義qKI ：應(yīng)力強(qiáng)度因子，計(jì)算得到。：應(yīng)力強(qiáng)度因子，計(jì)算得到。qKIc ：斷裂韌性：材料抵抗脆性斷裂的能力。：斷裂韌性：材料抵抗脆性斷裂的能力。u KIc的試驗(yàn)獲得的試驗(yàn)獲得q平面應(yīng)變斷裂韌性試驗(yàn)平面應(yīng)變斷裂韌性試驗(yàn)2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤31平面應(yīng)變斷裂韌性

18、的測(cè)定 1. 試樣及其制備試樣及其制備 q用于測(cè)定用于測(cè)定KIc 的的標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)準(zhǔn)試樣主要采用三點(diǎn)彎曲和緊湊拉伸試主要采用三點(diǎn)彎曲和緊湊拉伸試樣。樣。q為引發(fā)裂紋，可先用線切割加工寬度為引發(fā)裂紋，可先用線切割加工寬度0.13mm的切口，的切口，然后用高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)預(yù)制長(zhǎng)度然后用高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)預(yù)制長(zhǎng)度1.3mm的疲勞裂紋。的疲勞裂紋。q疲勞預(yù)制中的疲勞預(yù)制中的Kmax應(yīng)小于應(yīng)小于0.6KIc，特別是在最終達(dá)到要求，特別是在最終達(dá)到要求裂紋長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡量減小負(fù)荷，以保證裂紋有足夠的尖銳裂紋長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡量減小負(fù)荷，以保證裂紋有足夠的尖銳度。度。 2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)

19、化學(xué)院何雪浤32兩種典型的斷裂韌性試樣（a）三點(diǎn)彎曲）三點(diǎn)彎曲（b）緊湊拉伸）緊湊拉伸2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤33平面應(yīng)變斷裂韌性的測(cè)定2. 測(cè)試設(shè)備和方法測(cè)試設(shè)備和方法q測(cè)試的裝置測(cè)試的裝置如圖所示。測(cè)試時(shí)，通過(guò)載荷傳感器和位移傳感如圖所示。測(cè)試時(shí)，通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器以及動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和函數(shù)記錄儀，連續(xù)記錄負(fù)荷器以及動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和函數(shù)記錄儀，連續(xù)記錄負(fù)荷F和裂和裂紋嘴張開位移紋嘴張開位移v，從而得到，從而得到Fv曲線。由此曲線如果能定出曲線。由此曲線如果能定出臨界載荷臨界載荷Fc以及由斷口上測(cè)定的裂紋長(zhǎng)度以及由斷口上測(cè)定的裂紋長(zhǎng)度a，代入確

20、定的，代入確定的KIc計(jì)算公式，就可以求得材料的斷裂韌性計(jì)算公式，就可以求得材料的斷裂韌性KIc值。值。 2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤34KIc測(cè)試裝置系統(tǒng) 2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤352.4 工程應(yīng)用中的斷裂問(wèn)題u問(wèn)題一：復(fù)合型斷裂問(wèn)題問(wèn)題一：復(fù)合型斷裂問(wèn)題MWMTMWMT裂紋表面裂紋前緣IIIIIII、I+IIII+III+II+IIII+II+III2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤36復(fù)合型斷裂問(wèn)題復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則u復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則要面臨的問(wèn)題：要面臨的問(wèn)題：q裂紋

21、類型的復(fù)雜性；裂紋類型的復(fù)雜性；q裂紋開裂方向的不確定性；裂紋開裂方向的不確定性；u復(fù)合型問(wèn)題的研究目的：復(fù)合型問(wèn)題的研究目的：q裂紋沿什么方向開裂（開裂角）？裂紋沿什么方向開裂（開裂角）？q裂紋在什么條件下開裂（斷裂準(zhǔn)則）？裂紋在什么條件下開裂（斷裂準(zhǔn)則）？u復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則：復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則：q以應(yīng)力為參數(shù)；以應(yīng)力為參數(shù)；q以位移為參數(shù)；以位移為參數(shù)；q以能量為參數(shù)；以能量為參數(shù)；2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤37幾個(gè)重要的復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則u最大應(yīng)力準(zhǔn)則；最大應(yīng)力準(zhǔn)則；u應(yīng)變能密度準(zhǔn)則；應(yīng)變能密度準(zhǔn)則；u應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則；應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則；u工程經(jīng)驗(yàn)公式；工程

22、經(jīng)驗(yàn)公式；2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤38最大應(yīng)力準(zhǔn)則u基本假定：基本假定：q裂紋沿最大周向應(yīng)力的方向開裂；裂紋沿最大周向應(yīng)力的方向開裂；q當(dāng)此方向的周向應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展；當(dāng)此方向的周向應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展；u基本方法：基本方法：q裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)疊加，并表達(dá)成極坐標(biāo)形式；裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)疊加，并表達(dá)成極坐標(biāo)形式；q尋找周向應(yīng)力最大的方向；尋找周向應(yīng)力最大的方向；q由由I型裂紋開裂條件給出裂紋臨界失穩(wěn)的條件。型裂紋開裂條件給出裂紋臨界失穩(wěn)的條件。u局限性：局限性：q沒(méi)有綜合考慮其它應(yīng)力分量的影響；沒(méi)有綜合考慮其它應(yīng)力分量的影響；q不能區(qū)

23、分廣義的平面應(yīng)力和平面應(yīng)變問(wèn)題。不能區(qū)分廣義的平面應(yīng)力和平面應(yīng)變問(wèn)題。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤39應(yīng)變能密度因子準(zhǔn)則u基本方法：基本方法：q綜合考慮裂紋尖端附近六個(gè)應(yīng)力分量的作用，計(jì)算出裂紋尖綜合考慮裂紋尖端附近六個(gè)應(yīng)力分量的作用，計(jì)算出裂紋尖端局部的應(yīng)變能密度；端局部的應(yīng)變能密度；q比較以裂紋尖端為圓心的同心圓上的局部應(yīng)變能密度，并由比較以裂紋尖端為圓心的同心圓上的局部應(yīng)變能密度，并由此提出裂紋失穩(wěn)開裂的判據(jù)；此提出裂紋失穩(wěn)開裂的判據(jù)；u基本假設(shè)：基本假設(shè)：q裂紋沿應(yīng)變能密度因子的極小值開裂；裂紋沿應(yīng)變能密度因子的極小值開裂；q應(yīng)變能密度因子達(dá)到臨界

24、值時(shí)，裂紋失穩(wěn)開裂；應(yīng)變能密度因子達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)開裂；2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤40應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則u基本假設(shè)：基本假設(shè)：q裂紋沿著應(yīng)變能釋放率達(dá)到最大的方向擴(kuò)展；裂紋沿著應(yīng)變能釋放率達(dá)到最大的方向擴(kuò)展；q該方向上的應(yīng)變能釋放率達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋開始該方向上的應(yīng)變能釋放率達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋開始擴(kuò)展。擴(kuò)展。u基本方法：基本方法：qI型型G準(zhǔn)則的推廣應(yīng)用。準(zhǔn)則的推廣應(yīng)用。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤41復(fù)合斷裂的工程經(jīng)驗(yàn)公式uIII復(fù)合型復(fù)合型uIIII復(fù)合型復(fù)合型uIIIIII復(fù)合型復(fù)合型2021-12-5斷裂

25、可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤422.4 工程應(yīng)用中的斷裂問(wèn)題u問(wèn)題二：彈塑性斷裂問(wèn)題問(wèn)題二：彈塑性斷裂問(wèn)題中、長(zhǎng)裂紋的平面中、長(zhǎng)裂紋的平面應(yīng)力斷裂應(yīng)力斷裂韌帶屈服斷裂韌帶屈服斷裂全屈服區(qū)小尺寸全屈服區(qū)小尺寸裂紋的斷裂裂紋的斷裂2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤43彈塑性斷裂問(wèn)題解決之一u線彈性斷裂力學(xué)的推廣應(yīng)用線彈性斷裂力學(xué)的推廣應(yīng)用塑性區(qū)等效模型塑性區(qū)等效模型u不考慮塑性區(qū)：不考慮塑性區(qū)：FBDFBDu考慮塑性區(qū)：考慮塑性區(qū)：ABC+CEABC+CEu想象：裂紋尖端前移想象：裂紋尖端前移r ry yqBDBD與與CECE重合；重合；q等效裂紋長(zhǎng)

26、度：等效裂紋長(zhǎng)度：裂紋尖端附近應(yīng)力裂紋尖端附近應(yīng)力n 塑性區(qū)的存在相當(dāng)裂塑性區(qū)的存在相當(dāng)裂紋長(zhǎng)度增加，即裂紋體紋長(zhǎng)度增加，即裂紋體的柔度增加。的柔度增加。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤44線彈性斷裂力學(xué)的局限性u(píng)KI的局限性：應(yīng)力分布按彈性力學(xué)方法進(jìn)行的局限性：應(yīng)力分布按彈性力學(xué)方法進(jìn)行描述，尖端有奇異性；描述，尖端有奇異性；uKIc的局限性：必須保證平面應(yīng)變條件，試的局限性：必須保證平面應(yīng)變條件，試驗(yàn)問(wèn)題。驗(yàn)問(wèn)題。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤45彈塑性斷裂裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段u從開始加載到裂紋起始擴(kuò)展前的階段。從開始加載

27、到裂紋起始擴(kuò)展前的階段。q裂紋長(zhǎng)度沒(méi)有變化，只是隨著載荷的增加塑性區(qū)不裂紋長(zhǎng)度沒(méi)有變化，只是隨著載荷的增加塑性區(qū)不斷擴(kuò)大。斷擴(kuò)大。u裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展階段。又叫裂紋的亞臨裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展階段。又叫裂紋的亞臨界擴(kuò)展階段。界擴(kuò)展階段。q裂紋長(zhǎng)度隨著外載荷增加而增加。裂紋長(zhǎng)度隨著外載荷增加而增加。u裂紋的失穩(wěn)裂紋的失穩(wěn)( (快速快速) )擴(kuò)展階段。擴(kuò)展階段。q即使載荷不增加，裂紋也將會(huì)失去控制地快速擴(kuò)展。即使載荷不增加，裂紋也將會(huì)失去控制地快速擴(kuò)展。 2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤46彈塑性斷裂問(wèn)題解決之二u建立判斷彈塑性斷裂發(fā)生的準(zhǔn)則建立判斷彈塑性斷裂發(fā)生的準(zhǔn)則 q找

28、出能描述裂紋尖端彈塑性應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)找出能描述裂紋尖端彈塑性應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)的某個(gè)力學(xué)參量，建立該參量與應(yīng)力的某個(gè)力學(xué)參量，建立該參量與應(yīng)力和和裂紋長(zhǎng)度裂紋長(zhǎng)度a的關(guān)系式。的關(guān)系式。q測(cè)出材料的彈塑性斷裂韌性，即要測(cè)出所測(cè)出材料的彈塑性斷裂韌性，即要測(cè)出所選參量在發(fā)生彈塑性斷裂時(shí)的值，并要求選參量在發(fā)生彈塑性斷裂時(shí)的值，并要求該值是材料常數(shù)。該值是材料常數(shù)。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤47彈塑性斷裂準(zhǔn)則u裂紋開裂準(zhǔn)則：裂紋開裂準(zhǔn)則：COD、J積分；積分；u裂紋失穩(wěn)準(zhǔn)則：裂紋失穩(wěn)準(zhǔn)則：R阻力曲線法阻力曲線法2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)

29、院何雪浤483. 斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用u（1）基本表達(dá)式的形式轉(zhuǎn)換）基本表達(dá)式的形式轉(zhuǎn)換q K準(zhǔn)則：準(zhǔn)則：q 臨界應(yīng)力：臨界應(yīng)力：q 臨界裂紋長(zhǎng)度：臨界裂紋長(zhǎng)度：2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤493. 斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用u（2）k準(zhǔn)則在靜載斷裂分析中的應(yīng)用準(zhǔn)則在靜載斷裂分析中的應(yīng)用q應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：已知應(yīng)力，求臨界裂紋長(zhǎng)度；已知應(yīng)力，求臨界裂紋長(zhǎng)度；已知裂紋長(zhǎng)度，求臨界應(yīng)力（剩余強(qiáng)度）已知裂紋長(zhǎng)度，求臨界應(yīng)力（剩余強(qiáng)度）。q應(yīng)用步驟：應(yīng)用步驟：通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，確定裂紋通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，確定裂紋a 的長(zhǎng)度及位置；的長(zhǎng)度及位置；對(duì)缺陷進(jìn)行分析，計(jì)算或查表得到應(yīng)力強(qiáng)度

30、因子對(duì)缺陷進(jìn)行分析，計(jì)算或查表得到應(yīng)力強(qiáng)度因子K的表達(dá)的表達(dá)式；式；通過(guò)試驗(yàn)或查表，確定材料的平面應(yīng)變斷裂韌性通過(guò)試驗(yàn)或查表，確定材料的平面應(yīng)變斷裂韌性KIc值；值；根據(jù)根據(jù)K準(zhǔn)則，進(jìn)行斷裂力學(xué)分析，確定臨界裂紋長(zhǎng)度準(zhǔn)則，進(jìn)行斷裂力學(xué)分析，確定臨界裂紋長(zhǎng)度ac或或臨界應(yīng)力（剩余強(qiáng)度）值。臨界應(yīng)力（剩余強(qiáng)度）值。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤50靜載斷裂分析實(shí)例u1950年，美國(guó)北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體發(fā)生爆年，美國(guó)北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體發(fā)生爆炸事件。已知?dú)んw材料為炸事件。已知?dú)んw材料為D6GC高強(qiáng)度高強(qiáng)度鋼，鋼， ， ，傳統(tǒng)，傳統(tǒng)檢驗(yàn)合格，水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)爆炸，破壞應(yīng)力

31、檢驗(yàn)合格，水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)爆炸，破壞應(yīng)力為為 。材料的斷裂韌性。材料的斷裂韌性為為 ，試分析其低應(yīng)，試分析其低應(yīng)力脆斷的原因。力脆斷的原因。 110tR4 .1373sMPa6 .1569MPa7 .686c8 .55IcKmMPa622021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤51靜載斷裂分析實(shí)例u（1）應(yīng)力分析）應(yīng)力分析q 周向應(yīng)力周向應(yīng)力q 軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤52靜載斷裂分析實(shí)例u（2）按常規(guī)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核）按常規(guī)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核u結(jié)論：結(jié)論：q靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)合格，理論上不應(yīng)該發(fā)生爆炸事件。靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)合格，理論上不應(yīng)該

32、發(fā)生爆炸事件。 MPa7 .686c2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤53靜載斷裂分析實(shí)例u（3）斷裂分析）斷裂分析q設(shè)裂紋為表面半橢圓紋，查表得應(yīng)力強(qiáng)度因子：設(shè)裂紋為表面半橢圓紋，查表得應(yīng)力強(qiáng)度因子：q臨界裂紋長(zhǎng)度：臨界裂紋長(zhǎng)度：q結(jié)論：結(jié)論：可能有漏檢裂紋存在?？赡苡新z裂紋存在。aK12. 1I2I2I222. 012. 11scsccKKamm36. 04 .13738 .5522. 022021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤54靜載斷裂分析實(shí)例u（4）討論）討論2I212. 11sccKa2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北

33、大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤554. 斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用損傷容限設(shè)計(jì)u（1）疲勞裂紋擴(kuò)展速率）疲勞裂紋擴(kuò)展速率q定義：定義：q研究裂紋擴(kuò)展速率的目的：研究裂紋擴(kuò)展速率的目的：設(shè)計(jì)選材時(shí)的參考；設(shè)計(jì)選材時(shí)的參考；計(jì)算裂紋體的剩余壽命；計(jì)算裂紋體的剩余壽命；2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤564. 斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用損傷容限設(shè)計(jì)臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度疲勞斷裂韌性u(píng)（2）疲勞裂紋擴(kuò)展）疲勞裂紋擴(kuò)展速率的經(jīng)驗(yàn)公式速率的經(jīng)驗(yàn)公式Paris公式公式2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤574. 斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用損傷容限

34、設(shè)計(jì)u Paris公式的說(shuō)明：公式的說(shuō)明：q關(guān)于應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍：關(guān)于應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍：q 關(guān)于關(guān)于C和和m：材料常數(shù)材料常數(shù)?minmaxKKK2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤584. 斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用損傷容限設(shè)計(jì)u（3）影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素）影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素q平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：平均應(yīng)力使裂紋擴(kuò)展速率增加；平均應(yīng)力使裂紋擴(kuò)展速率增加；q超載：超載：過(guò)載峰延緩隨后的低載恒幅下的裂紋擴(kuò)展；過(guò)載峰延緩隨后的低載恒幅下的裂紋擴(kuò)展；q加載頻率：加載頻率：加載頻率減小，裂紋擴(kuò)展速率增大；加載頻率減小，裂紋擴(kuò)展速率增大；q溫度：溫度：溫度提高，

35、裂紋擴(kuò)展速率增大。溫度提高，裂紋擴(kuò)展速率增大。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤594. 斷裂力學(xué)在疲勞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用損傷容限設(shè)計(jì)u （4）反映平均應(yīng)力影響的裂紋擴(kuò)展速率）反映平均應(yīng)力影響的裂紋擴(kuò)展速率Forman公式公式2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤60疲勞裂紋擴(kuò)展分析實(shí)例u 冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題單側(cè)裂紋鋼板單側(cè)裂紋鋼板2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤61冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤62冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題2

36、021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤63冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤64冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤65冷軋寬鋼板裂紋擴(kuò)展問(wèn)題u為了得到較長(zhǎng)的裂紋擴(kuò)展壽命，必須為了得到較長(zhǎng)的裂紋擴(kuò)展壽命，必須盡量減小盡量減小初始裂紋尺寸初始裂紋尺寸。u材料斷裂韌性的變化，雖然也會(huì)引起臨界裂紋材料斷裂韌性的變化，雖然也會(huì)引起臨界裂紋長(zhǎng)度的變化，對(duì)疲勞壽命卻沒(méi)有明顯的影響。長(zhǎng)度的變化，對(duì)疲勞壽命卻沒(méi)有明顯的影響。2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化

37、學(xué)院何雪浤66常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的問(wèn)題回顧u應(yīng)力分析中的不確定因素應(yīng)力分析中的不確定因素q外載荷的不確定外載荷的不確定q尺寸因素的不確定尺寸因素的不確定q材料特性的不確定材料特性的不確定u實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用q大于大于1的安全系數(shù)的安全系數(shù)u設(shè)計(jì)基本思想（理想）設(shè)計(jì)基本思想（理想）q連續(xù)體連續(xù)體q永不破壞（或規(guī)定條件）永不破壞（或規(guī)定條件）問(wèn)題一問(wèn)題一變量是確定的變量是確定的問(wèn)題二問(wèn)題二物體是連續(xù)無(wú)缺陷的物體是連續(xù)無(wú)缺陷的2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤675. 斷裂可靠性分析u材料的斷裂韌性數(shù)據(jù)較為分散，同一種鋼甚至材料的斷裂韌性數(shù)據(jù)較為分散，同一種鋼甚至差兩三倍，

38、而且裂紋幾何形狀因子的偏差、計(jì)差兩三倍，而且裂紋幾何形狀因子的偏差、計(jì)算公式的偏差，殘余應(yīng)力等的不確定性使斷裂算公式的偏差，殘余應(yīng)力等的不確定性使斷裂分析的精確性很低，因此宜用分析的精確性很低，因此宜用概率法設(shè)計(jì)概率法設(shè)計(jì)。u 斷裂可靠性分析的基本理論斷裂可靠性分析的基本理論q 斷裂準(zhǔn)則：斷裂準(zhǔn)則：KIKIc q 裂紋擴(kuò)展速率的一般表達(dá)式裂紋擴(kuò)展速率的一般表達(dá)式2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤685. 斷裂可靠性分析u 斷裂可靠性分析的基本思想斷裂可靠性分析的基本思想應(yīng)力強(qiáng)度干應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型涉模型O dxl f(x) fl(xl) fs(xs) xl0 x

39、u當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度都是當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度都是正態(tài)分布時(shí)正態(tài)分布時(shí)2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤695. 斷裂可靠性分析u （1）靜載抗斷裂可靠性分析）靜載抗斷裂可靠性分析O dxl f(x) fl(xl) fs(xs) xl0 x c PR2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤705. 斷裂可靠性分析u （2）變載抗斷裂可靠性分析）變載抗斷裂可靠性分析q 控制目標(biāo)控制目標(biāo)1：應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度不超過(guò)門檻值應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度不超過(guò)門檻值2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤715. 斷裂可靠性分析u（3）變載抗斷裂的可

40、靠壽命）變載抗斷裂的可靠壽命q控制目標(biāo)控制目標(biāo)2：按按Paris公式擴(kuò)展，滿足一定的可靠壽命公式擴(kuò)展，滿足一定的可靠壽命 22ImmmmmacYdaKcdadN2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤725. 斷裂可靠性分析u（3）變載抗斷裂的可靠壽命）變載抗斷裂的可靠壽命2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤735. 斷裂可靠性分析u（3）變載抗斷裂的可靠壽命計(jì)算原則（按對(duì)數(shù)）變載抗斷裂的可靠壽命計(jì)算原則（按對(duì)數(shù)正態(tài)分布）正態(tài)分布）u求一定壽命下的可靠度求一定壽命下的可靠度u求一定可靠度下的可靠壽命求一定可靠度下的可靠壽命LLRLZccN

41、NRNZlglglg ccNRNZRNlglglg RNRNlg102021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤745. 斷裂可靠性分析u 實(shí)際計(jì)算中的問(wèn)題實(shí)際計(jì)算中的問(wèn)題q 應(yīng)力和強(qiáng)度的分布確定應(yīng)力和強(qiáng)度的分布確定變量的分布：查表、試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等得到；變量的分布：查表、試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等得到； 函數(shù)的分布：用函數(shù)的分布：用泰勒展開法泰勒展開法、變異系數(shù)法變異系數(shù)法和和基本函基本函數(shù)法數(shù)法計(jì)算求得。計(jì)算求得。變量函數(shù)2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤75斷裂可靠性分析實(shí)例u變載抗斷裂可靠性分析實(shí)例變載抗斷裂可靠性分析實(shí)例u靜載抗斷裂可靠性分析實(shí)例靜載抗

42、斷裂可靠性分析實(shí)例2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤76泰勒展開法u設(shè)設(shè)n維隨機(jī)變量維隨機(jī)變量x1，x2，xn的函數(shù)的函數(shù)u函數(shù)的均值函數(shù)的均值u函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差腳標(biāo)腳標(biāo)“0”表示求偏導(dǎo)表示求偏導(dǎo)數(shù)后將數(shù)后將xi取為均值取為均值 可用于各種函數(shù)形式可用于各種函數(shù)形式2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤77變異系數(shù)法u設(shè)設(shè)u函數(shù)的均值函數(shù)的均值u函數(shù)的變異系數(shù)函數(shù)的變異系數(shù)u函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算最簡(jiǎn)便計(jì)算最簡(jiǎn)便2021-12-5斷裂可靠性問(wèn)題東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院何雪浤78基本函數(shù)法u將常用函數(shù)形式作為基本函數(shù)，用表中公式求均值、將常用函數(shù)形式作為基本函數(shù)，用表中公式求均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。對(duì)于較復(fù)雜的函數(shù)可化為這些