裂纹扩展k判据名词解释
材料力学名词解释(1)教学文案
材料力学名词解释(1)名词解释第一章：1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等13.弹性极限：式样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
14.静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。
15.正断型断裂：断裂面取向垂直于最大正应力的断裂。
性能学习题集
1、屈服强度的工程意义？●作为防止因材料过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据；●根据屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆性断裂的参考依据。
2、加工硬化的实际意义？材料的应变硬化性能，在材料的加工和应用中有十分明显的实用价值。
在加工方面，利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施。
这是由于已变形的部位产生加工硬化，屈服强度提高，将变形转移到别的未变形部位。
如此反复进行，便可获得均匀的塑性变形，从而获得合格的冷变形加工制品；另外，低碳钢切削时，易产生粘刀现象，且表面加工质量差。
如果切削加工前进行冷变形降低塑性，便可以使切屑容易脆断脱落，改善切削加工性能。
在材料应用方面，应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件使用安全。
机件在使用过程中，某些薄弱环节可能因偶然过载而产生塑性变形，但是，由于应变硬化的作用，会阻止塑性变形继续发展，从而保证了机件的安全使用。
应变硬化也是强化金属的重要手段尤其是对于那些不能进行热处理强化的金属，如低碳钢、奥氏体不锈钢、有色金属等，这种强化方法显得更为重要。
一、计算题1、有一化工合成塔，直径为D=3200mm，工作压力P=6MPa，选用材料为σ0.2=l200MPa，KIC=58MPa·m1／2，厚度t=16mm的钢板．制作过程中，经探伤发现在纵焊缝中，存在一纵向椭圆裂纹，2a=4mm，2c=6 mm．试校核该合成塔能否安全运行。
2、有一火箭壳体承受很高的工作压力，其周向最大工作拉应力σ＝1400Mpa，采用超高强度钢制造，焊接后往往发现有纵向表面半椭圆裂纹，尺寸为a＝1.0mm,a/2c=0.3,现有两种材料，其性能如下：A：σ0.2＝1700Mpa、KIC=78Mpam1/2B：σ0.2＝2800Mpa、KIC=47Mpam1/2从断裂力学角度考虑，选用哪种材料较为合适？3、有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa，KⅠc=115 MPa·m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向应力900 MPa下工作，试计算KⅠ和塑性区宽度，并判断该件是否安全。
1-4裂纹扩展准则
根据假设2），开裂条件为
s (θ c ) = sc
对纯I型裂纹
K I2 (1 − 2v) θ c = 0, s(θ c ) = = sc 4πµ
对纯II型裂纹
2 K II s (θ ) = [4(1 − v)(1 − cos θ ) + (1 + cos θ )(3 cos θ − 1)] 16 µ
开 裂 角
tan β = K I / K II
开裂条件
也叫断裂混合度 （mode mixity ）
最大环向应力准则的不足
• 没有区分广义的平面应力 平面应变 平面应力和平面应变 平面应力 平面应变问题； • 没有考虑其它应力分量 其它应力分量的作用； 其它应力分量 • 没有考虑裂尖塑性区 裂尖塑性区的影响 裂尖塑性区 由于该准则形式简单，应用比较方便，误差 不大，因而得到广泛的应用。
cos θ (3 cos θ − 1) 2
由
∂σ θθ ( K I , K II , θ ) = 0 ，得 ∂θ
K I sin θ + K II (3 cos θ − 1) = 0
θ c = arccos
2 2 3K II ± K I4 + 8 K I2 K II 2 K I2 + 9 K II
σ
θθ
临界状态
这意味着裂纹失稳扩展的条件为
G = GC
平面断裂韧度
由（I型）
GI = K I2 / E *
裂纹扩展条件也可表示为 K I = K IC 平面断裂韧度，为材料常数
1）该准则仅适用于脆性材料，对塑性变形较大的金属材料不适用 2）实验表明，该准则对I型裂纹沿其初始方向扩展是适用的
钢的裂纹扩展参数
钢的裂纹扩展参数钢的裂纹扩展参数是评估材料的裂纹扩展性能的重要指标之一。
裂纹扩展参数描述了裂纹在材料中扩展的速率和路径，对于预测材料在应力作用下的疲劳寿命和可靠性具有重要意义。
本文将从裂纹扩展速率、裂纹扩展路径和裂纹扩展阈值三个方面介绍钢的裂纹扩展参数。
一、裂纹扩展速率裂纹扩展速率是指裂纹在单位时间内扩展的长度。
它是评估材料抗裂纹扩展能力的重要参数。
通常用裂纹扩展速率系数(da/dN)来表示，即单位周期内裂纹长度的增量与单位周期的循环次数之比。
裂纹扩展速率系数与应力强度因子之间存在一定的关系，可以通过实验测定或计算得到。
裂纹扩展速率系数越小，说明材料的抗裂纹扩展能力越强，疲劳寿命越长。
二、裂纹扩展路径裂纹扩展路径是指裂纹在材料中扩展的方向和形态。
裂纹扩展路径与材料的晶体结构、应力状态和加载方式等因素有关。
通常情况下，裂纹扩展路径会沿着应力集中区域和材料的弱点扩展，如晶界、夹杂物等。
裂纹扩展路径的研究对于材料的设计和改进具有重要意义。
通过调整材料的组织结构和力学性能，可以改变裂纹扩展路径，提高材料的抗裂纹扩展能力。
三、裂纹扩展阈值裂纹扩展阈值是指裂纹开始稳定扩展所需要的最小应力强度因子。
在应力水平低于裂纹扩展阈值时，裂纹不会继续扩展，材料的疲劳寿命会大大延长。
裂纹扩展阈值是材料抗裂纹扩展能力的重要参数，也是评估材料疲劳性能的关键指标之一。
裂纹扩展阈值的测定通常需要进行一系列的疲劳试验，通过绘制裂纹扩展速率与应力强度因子的关系曲线，确定裂纹扩展阈值。
钢的裂纹扩展参数是评估钢材料抗裂纹扩展能力的重要指标，对于预测钢材料的疲劳寿命和可靠性具有重要意义。
裂纹扩展速率、裂纹扩展路径和裂纹扩展阈值是钢的裂纹扩展参数的主要内容。
通过对这些参数的研究，可以了解钢材料在应力作用下的裂纹扩展规律，进而指导钢材料的设计和使用。
在实际应用中，需要根据具体的工程要求和材料性能选择合适的钢材料。
钢的裂纹扩展参数可以通过实验测定或计算得到，但需要注意的是，不同钢材料的裂纹扩展参数可能存在差异。
工程材料力学性能三四章习题
影响因素有： 1)．晶体结构：BCC容易出现低温脆性 2)．化学成分：固溶强化降低塑性（Mn, Ni） 3)．显微组织：①晶粒大小②金相组织
3
5 试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。 焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未 熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增 加材料的脆性，容易发生脆性断裂（落锤试验试样）。 6 下列三组试验方法中，请举出每一组中哪种试验方法测得 的冷脆温度较高？为什么？ 冷脆温度的高低与试验中试样受力方式有关，容易发 生塑性变形的就能够提高冷脆温度。 （1）拉伸和扭转：静载荷下拉伸的软性状态系数大于弯曲 大于扭转，因此拉伸和扭转比较时，在拉伸条件下的塑性 比扭转低，因此扭转的冷脆温度高。 （2）缺口静弯曲和缺口冲击弯曲：应变速率增加可以提高 材料的强度同时降低材料的塑性，因此应变速率的增加有 增加材料脆性的倾向，缺口静弯曲的冷脆温度相对较高。 （3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸：缺口试样会导致材料 的受力状态改变成两向或者三向，而多向拉伸的软性系数 更小，因此缺口试样会使材料变脆的倾向，从而降低冷脆 4 温度
第三章
• 冲击韧度：冲击载荷下，材料断裂前单位截面积 吸收的能量（外力做的功） • 冲击吸收功: 冲击载荷下，材料断裂前吸收的能 量（外力做的功） • 低温脆性： 温度低于某一温度时，材料由韧性状 态变为脆性状态的现象。 • 韧脆转变温度：材料有韧性状态转变为脆性状态 的温度。 • 韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转变温度的差 值。
13
8、试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。 影响：裂纹尖端塑性区的存在将会降低裂纹体的刚度， 相当于裂纹长度的增加，因而影响应力场和及KI的计算， 所以要对KI进行修正。 修正方法：“有效裂纹尺寸”，即以虚拟有效裂纹代替 实际裂纹，然后用线弹性理论所得的公式进行计算。 结果：
工程材料力学性能答案
111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111.7决定金属屈服强度的因素有哪些？12内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
外在因素：温度、应变速率和应力状态。
1.9试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。
固溶强化、形变硬化、细晶强化1.10试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？21韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
1.13何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。
上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化1.20断裂强度与抗拉强度有何区别？抗拉强度是试样断裂前所承受的最大工程应力，记为σb；拉伸断裂时的真应力称为断裂强度记为σf; 两者之间有经验关系：σf = σb (1+ψ)；脆性材料的抗拉强度就是断裂强度；对于塑性材料，由于出现颈缩两者并不相等。
1.22裂纹扩展受哪些因素支配？答:裂纹形核前均需有塑性变形；位错运动受阻，在一定条件下便会形成裂纹。
2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222.3试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。
答：单向拉伸试验的特点及应用：单向拉伸的应力状态较硬，一般用于塑性变形抗力与切断强度较低得所谓塑性材料试验。
压缩试验的特点及应用：（1）单向压缩的应力状态软性系数a=2，因此，压缩试验主要用于脆性材料，以显示其在静拉伸时缩不能反映的材料在韧性状态下的力学行为。
疲劳裂纹扩展相关概念要点
Paris等对A533钢在室温下，针对 R Kmin Kmax 0.1 的情况 收集了大量数据，总结除了著名的经验公式，帕里斯公式。
二、疲劳裂纹扩展速率
Paris（帕里斯）公式（1963年）
da C（K）m dN
da / dN — K 有良好的对数线性关系。利用这一关系进行疲 劳裂纹扩展寿命预测，是疲劳断裂研究的重点。
第三阶段：高速率裂纹扩展区
即当 Kmax Kc 时，试样迅速发生断裂，实际上存在一个上限
值
KfL
，当
KfL
/ Kth
0.6时，da dN
急速增加，一般用铅垂渐近线表示。
Foreman等提出公式：
在疲劳宏观断口上往往有两
个区域，即光滑区域和颗粒状
区域。因为在裂纹扩展过程中， 裂纹尖端 裂纹的两个表面在交变荷载下， 时而压紧，时而分开，多次反 裂纹
复，这就形成了光滑区。断口 裂纹源
的颗粒状粗糙区则是最后突然
断裂形成的
光滑区
.
.
. .
.
.
.
.
..
.
.
. .
粗糙区
动画演示：/jp2004/14/Library/Cartoon_Dummy/板的疲劳裂 纹扩展.swf
值 Kth 当 K 低于Kth
疲劳裂纹不扩展或扩 展速率极其缓慢
da 10-7 mm/ 循环 dN 在室温及R=0.1条件下A533钢 的疲劳裂纹扩展曲线
图4-4
二、疲劳裂纹扩展速率 图4-4
第二阶段 ：中速率裂纹扩展区
疲劳裂纹扩展遵循幂函数规律，也就是疲劳裂纹扩展率可以用
材料力学名词解释
名词解释第一章:1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2.滞弹•性：金属材料在弹性范用内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3.循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规圧残余伸长应力增加：反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5.解理刻而：这种大致以晶粒大小为单位的解理而称为解理刻而。
6.塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。
■8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合，同号台阶相互汇合长大，当汇合台阶髙度足够大时，便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一泄条件下，当外加正应力达到一泄数值后，以极快速率沿一定晶体学平而产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平而为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11•韧脆转变：具有一泄韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象，称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等13.惮性极限：式样加载后再卸载，以不岀现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
14.静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。
15.正断型断裂：断裂而取向垂直于最大正应力的断裂。
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裂纹扩展k判据名词解释
裂纹扩展K判据是用于研究裂纹在材料中扩展的一种方法。
K判据中的K值代表裂纹尖端的应力强度因子，它是衡量裂纹扩展能力的一个重要参数。
K值的大小取决于裂纹尖端的应力场和材料的弹性性质。
裂纹扩展K判据主要分为三类：基于线性弹性理论的判据、基于弹塑性理论的判据和基于断裂力学理论的判据。
其中，基于线性弹性理论的判据主要适用于裂纹扩展速度较慢、材料较脆性的情况下；基于弹塑性理论的判据适用于裂纹扩展速度较快、材料较韧性的情况下；基于断裂力学理论的判据则适用于复杂的载荷条件和裂纹扩展的非线性情况。
裂纹扩展K判据的应用十分广泛，可以用于分析材料的疲劳寿命、评估结构的可靠性、预测裂纹扩展的趋势等。
准确地计算裂纹扩展K值和选择合适的K判据对于材料的性能分析和结构设计具有重要意义。