機械零件的抗斷裂強度

tags: 機械零件    時間:2014-03-07 10:24:41
機械零件的抗斷裂強度簡介
   在工程實際中,有這樣一些結構,若按常規的強度理論來分析,它們是能滿足強度條件的,即工作應力小於許用應力。但在實際使用中,又往往會發生突然性的斷裂。這種在工作應力小於許用應力……
機械零件的抗斷裂強度正文

   在工程實際中,有這樣一些結構,若按常規的強度理論來分析,它們是能滿足強度條件的,即工作應力小於許用應力。但在實際使用中,又往往會發生突然性的斷裂。這種在工作應力小於許用應力時所發生的突然斷裂,常稱為低應力脆斷。


通過對大量結構斷裂事故分析表明,結構內部裂紋和缺陷的存在是導致低應力斷裂的內在原因。對於高強度材料,一方面是它的強度高(即許用應力高),另一方面則是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此 ,用傳統的強度理論計算高強度材料結構的強度問題,就存在一定的危險性。為了解決這一問題,斷裂力學便應運而生。


斷裂力學是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結構或構件的強度和變形規律的學科。對於傳統的強度理論,是運用應力和許用應力來度量和控制結構的強度與安全性。為了度量含裂紋結構體的強度,在斷裂力學中運用了應力強度因子KⅠ(或KⅡ、KⅢ)和平面應變斷裂韌度KⅠc(或KⅡc、KⅢc)兩個新的度量指標,建立損傷容限為設計判據的設計方法(其中腳標Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示按承載時裂紋產生不同的變形現象或趨勢而劃分的裂紋類型)。


高強度材料的廣泛應用,推進了斷裂力學的發展。對斷裂力學研究的不斷深入,使其應用範圍不斷擴大。目前,斷裂力學在工程上主要應用於估計含裂紋構件的安全性和使用壽命,確定構件在工作條件下所允許的最大裂紋尺寸,用斷裂力學指導結構的安全性設計。例如,某燃氣輪機的一個零件是由高強度合金鋼製成。工作時,零件所受最大應力為410MPa。經超聲波無損探傷以及進一步的分析,確定其結構內部可能有最大長度為3mm的等效裂紋。根據斷裂力學的計算得到應力強度因子。由試驗可以確定該零件材料的斷裂韌度。進一步可計算出斷裂破壞的計算安全係數。因此,可以判斷該零件的安全性是足夠的。


斷裂力學自20世紀50年代誕生以來,已逐步引起學術界及工程界的廣泛重視。現在,斷裂力學已應用於航空、航天、交通、機械、化工等許多部門。由於斷裂力學涉及到較深的數學和力學理論,所以這裡只簡略介紹了一些有關的基本概念。

 

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