1-3第三节 能量释放率
应力强度因子和J积分3报告
断裂准则与有限元模拟石腾飞工程力学1班20114526摘要经过一个学期疲劳与断裂的课程学习，我们已经理解了这门课的基本思想，掌握了疲劳与断裂问题的前后关系以及各自相应的扩展准则，熟悉了其在工业设计中的设计应用，对疲劳与断裂学科的前沿研究方向以及存在的挑战问题也有所了解。
这次报告中主要以断裂力学中的断裂准则为方向，结合有限元工具计算相应的断裂例子，比较不同准则的区别于联系以及适用条件。
关键字断裂力学断裂准则有限元引言如今工程结构的大型化以及许多焊接的应用、土木工程的快速发展、材料的高强度化等需求促进了存在缺陷材料或结构力学性能等方面的研究，发展出一个新的固体力学分支，即断裂力学。
在国民工业生产中利用断裂力学做设计原则充分的节约了资源，提高效率，保证生产安全，极大的促进了经济的发展。
断裂力学研究带裂纹体的强度和裂纹扩展规律的科学，主要研究结构中裂纹的几何形状、外加载荷、材料性质之间的相互关系，确定相应的准则来判断裂纹是否扩展以及扩展速率。
断裂力学起源于二十世纪初发展到现在，还处在不断发展与完善的阶段，具有前沿性和挑战性的研究方向。
断裂力学有不同的分类方法，根据所研究的引起材料断裂的载荷性质，可分为断裂（静）力学和断裂动力学；根据所研究的裂纹尖端附近材料塑性区的大小，可分为线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学和塑性断裂力学。
断裂力学的任务是：求得各类材料的断裂韧度；确定物体在给定外力作用下是否发生断裂，即建立断裂准则；研究载荷作用过程中裂纹扩展规律；研究在腐蚀环境和应力同时作用下物体的断裂问题。
在下文中我们主要以裂尖塑性区的大小分类讨论，主要研究其中的断裂准则问题，比较不同断裂准则的区别与联系。
1.线弹性断裂力学线弹性断裂力学认为，材料和构件在断裂以前基本上处于弹性范围内（容许裂尖有局部微小塑性区），可以把物体视为带有裂纹的弹性体，应用线弹性理论研究物体裂纹扩展规律和断裂准则。
线弹性断裂力学可用来解决脆性材料的平面应变断裂问题，适用于大型构件（如发电机转子、较大的接头、车轴等）和脆性材料的断裂分析。
森林防火学理论知识
林木死亡0-5%
❖ 1级
林木死亡6--20%
❖ 2级
林木死亡21--40%
❖ 3级
林木死亡41--80%
❖ 4级
林木死亡81--100%
❖ 上山火快还是下山火快？
（七）林火类型
➢树冠火: 地表火遇到强风或针叶
幼树群，枯立木、风倒木、低垂树枝 时，火就烧至树冠，并沿树冠蔓延和 扩展。
➢地下火：林地腐殖质层或泥炭
❖ 2.不利的地形
❖ （1）陡坡
❖ 会自然地改变林火行为，尤其是林 火的蔓延速度。随着坡度的增加， 火焰由垂直发展状态而转变成为水 平发展状态，大大提高了辐射热能 的传播。火焰上空形成对流柱，产 生高温使林冠层和空中可燃物预热。 浓烟为受热气体上升到冠层提供了 良好的通道。越过山顶直接扑救林 火或沿山坡向上逃避林火都是极其 危险的。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖ ２、树冠火： ❖ 地表火遇到强风或针叶幼树群，
枯立木、风倒木、低垂树枝时， 火就烧至树冠，并沿树冠蔓延和 扩展。危害如下： ❖ ①上部能烧毁针叶，烧焦树枝 或树干，下部能烧毁地被物，幼 树和下木。
②在火头前，经常有燃烧的枝桠， 碎木和火星，从而加速了火的蔓 延。 ③烟为暗灰色，温度可达900℃, 烟雾高几千米破坏性大。
❖
❖ 根据其蔓延速度和危害性质不 同可分:
❖ (1)急进地表火:
❖ 火蔓延速度快,通常每小时可 达几百米或1km以上, 这种火 往往燃烧不均匀,常留下来烧 的地块。
(2)稳进地表火:
❖ 火蔓延速度缓慢,一般每小时 几十米,火烧时间长,温度高、 火强度大、燃烧彻底、能烧毁 所有地被物, 有时乔木低层的 枝条也被烧毁,对森林危害较 重。
有焰可燃物约占森林可燃物总量的85-90%,如杂草,枯枝落叶,枝桠和 采伐剩余物等.
第三章 第三节细胞呼吸——能量的转化和利用 课件
重点疑难·全突破
主题一 细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径 1.有氧呼吸的过程:
2.有氧呼吸中物质的来源及去向分析: (1)[H] ①产生的阶段:第一、二阶段; ②被氧化的阶段:第三阶段。 (2)葡萄糖的利用:第一阶段。 (3)水 ①利用:第二阶段; ②形成:第三阶段。 (4)O2的利用:第三阶段。 (5)CO2的产生:第二阶段。
(2)判断细胞呼吸方式的三大依据
小思考 1.葡萄糖分子为什么不能直接进入线粒体被分解? 提示:线粒体膜上没有运输葡萄糖的转运蛋白。 2.在通风条件不好的环境中,为什么储藏的苹果会有酒味散发,而马铃薯储藏久 了却不会有酒味产生? 提示:苹果无氧呼吸的产物是酒精和CO2,马铃薯无氧呼吸的产物是乳酸。因为 不同生物细胞所具有的酶不同,导致反应途径不同,产物也不同。 3.人体细胞产生CO2的场所是什么? 提示:线粒体基质。
点易错 1.进行有氧呼吸的生物并不一定都含线粒体。如某些原核细胞虽无线粒体,但也 能进行有氧呼吸。 2.有CO2产生的不一定是有氧呼吸,有酒精或乳酸产生的呼吸类型一定为无氧呼 吸。 3.细胞呼吸释放的能量并不都储存起来。大部分以热能的形式散失,小部分储存 在ATP中。 4.不同生物的无氧呼吸类型不同 (1)动物:无氧呼吸的产物为乳酸。
4.细胞呼吸中能量的释放与去向:
5.有氧呼吸与无氧呼吸(产生乙醇)的判断及相关计算:
(1)细胞呼吸反应式中各物质量的比例关系 ①有氧呼吸:C6H12O6∶O2∶CO2=1_∶__6_∶__6_。 ②无氧呼吸:C6H12O6∶CO2∶C2H5OH=1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3=1∶__2__。 ③有氧呼吸和无氧呼吸消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的 量: 有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和= 3_∶__4_。 ④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量: 无氧呼吸∶有氧呼吸= 3_∶__1_。
第5章能量代谢与生物能的利用1
• cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外， 还含有铜原子。cyt.a a3可以直接以O2为电子受 体。 • 在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生 Cu+ Cu2+ 的互变，将cyt.c所携带的电子传递 给O2。
琥珀酸-Q还原酶
• 琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生 的中间产物，它在琥珀酸-Q还原酶催化下，将 两个高能电子传递给Q。再通过QH2-cyt, c还原 酶、cyt.c和cyt.c氧化酶将电子传递到O2。 • 琥珀酸-Q还原酶也是存在于线粒体内膜上的蛋 白复合物, 它比NADH-Q还原酶的结构简单，由 4个不同的多肽亚基组成。其活性部分含有辅 基FAD和铁硫蛋白。 • 琥珀酸-Q还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧 化和Q的还原。
第一节 概述
• 一、生物氧化的方式和特点 • 二、参与生物氧化的酶类 • 三、同化作用和异化作用
一、生物氧化的方式和特点
• 生物氧化：有机物在生物体内的氧化还 原作用称为生物氧化。由于需要消耗氧 并放出CO2，又称组织呼吸或细胞呼吸。
1 生物氧化的主要方式 生物体内物质的氧化方式包括失电子、加氧和脱氢
三、同化作用和异化作用
• 1 同化作用
–生物从环境中获取物质，转化为体内的新 物质，这一过程称为同化作用。 –需要能量，小分子合成大分子
• 2 异化作用
–生物体内的旧物质转化为环境中的物质， 这一过程成为异化作用。 –释放能量，大分子分解成小分子
第二节 线粒体氧化体系
• 一 线粒体膜结构
• 参与生物氧化的各种酶类如脱氢酶、电 子传递体系、偶联磷酸化酶类等都分布 在线粒体内膜和嵴上。
第五章 能量代谢与生物能 的利用
• 一切生命活动都需要能量，维持生命活动的 能量主要有两个来源： • 光能（太阳能）：光合自养生物通过光合作 用将光能转变成有机物中稳定的化学能。（植 物和某些藻类） • 化学能：异养生物或非光合组织通过生物氧 化作用将有机物质（主要是各种光合作用产物） 氧化分解，使存储的稳定的化学能转变成ATP 中活跃的化学能，ATP直接用于需要能量的各 种生命活动。
强度因子和能量释放率的统一
2 2
1 K Ⅲ
E
2
（4—15）
实验结果指出，除Ⅰ型裂纹可以沿原方向扩展外，其 余裂纹型往往不沿原方向扩展。 因此（4—13） 至（4—15）是能量释放率的近似估 计。如果要考虑裂纹真正的扩展方向必须用数值解法。
s
(r ,0)v( s r , ）
Bdr
把（4—8）（4—9)代入（4—10）得
U
1
BK
K a s (
4
2
1)
s 0
s r dr r
0, 2
令
r s sin
s
0
积分区间变成 sr s 2 2 dr 2s cos d 0 r 2
1 2 则Ⅰ型能量释放率 G G 8 K
（4—11）
对于平面问题,取有效弹性模量 1 和有效泊松比 E1
E 平面应力 E1 E ` 1 2 平面应变
1 1
平面应力 平面应变
3 1 3 4
（2）应力强度因子 K m (m=Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ） 在极坐标下，可以根据 K m 、θ、r 求出裂端区的应 力场，也可以求出裂端区的位移场。
既然知道了应力，和相应的位移，我们可不可以求 出应变能U，然后通过U和G的关系，让G和 K 建立 联系呢？
二，推证
能量释放率、griffith断裂判据
通过能量原理建立联系
（ 4 —3 ）
（ 4 —4 ） （ 4 —5 ）
xy
KI 2r
sin
3 cos cos 2 2 2
爆炸计算——精选推荐
爆炸计算液化⽓体与⾼温饱和⽔爆破事故后果模拟分析液化⽓体和⾼温饱和⽔⼀般在容器内以⽓液两态存在，当容器破裂发⽣爆炸时，除了⽓体的急剧膨胀做功外，还有过热液体激烈的蒸发过程。
在⼤多数情况下，这类容器内的饱和液体占有容器介质重量的绝⼤部分，它的爆破能量⽐饱和⽓体⼤得多，⼀般计算时不考虑⽓体膨胀做的功。
过热状态下液体其伤亡半径、财产损失半径计算如下：1、盛装过热液体容器爆破事故计算模型 1.1爆破能量的计算（1）过热状态下液体在容器破裂时释放出的爆破能量m T S S i i E b l ])()[(2121---= （1-1）式中：l E ——过热状态下液体的爆破能量，KJ1i ——爆破前液化⽓体的焓，KJ/Kg 2i ——在⼤⽓压⼒下饱和液体的焓，KJ/Kg1S ——爆破前饱和液体的熵，KJ/（Kg ·K ） 2S ——在⼤⽓压⼒下饱和液体的熵，KJ/（Kg ·K ） m ——饱和液体的质量，Kg T b ——介质在⼤⽓压⼒下的沸点，K（2）饱和⽔容器爆破能量V C E w w =式中：w E ——饱和⽔容器的爆破能量，KJV ——容器内饱和⽔所占容积，m 3w C ——饱和⽔爆破能量系数，KJ/m 3饱和⽔的爆破能量系数由压⼒决定，下表列出了常⽤压⼒下饱和⽔容器的爆破能量系数。
常⽤压⼒下饱和⽔容器的爆破能量系数表1-11.2将爆破能量换算成TNT 当量q爆破能量换算成TNT 当量q 。
因为1KgTNT 爆炸所放出的爆破能量为4320~4836KJ/Kg ，⼀般取平均爆破能量为4500KJ/Kg ，故其关系为：4500l TNT l Eq E q ==（1-2）1.3爆炸的模拟⽐实验数据表明，不同数量的炸药发⽣爆炸时，如果距离爆炸中⼼的距离R 之⽐与炸药量q 三次⽅根之⽐相等，则所产⽣的冲击波超压相同，⽤公式表⽰如下：α==310)(q qR R 则0p p ?=? （1-3）式中 R ——⽬标与爆炸中⼼的距离 R 0——⽬标与基准爆炸中⼼的距离 q 0——基准爆炸能量，TNT 当量q ——爆炸时产⽣冲击波所消耗的能量，TNT 当量，kg p ?——⽬标处的超压，MPa0p ?——基准⽬标处的超压，MPaα——炸药爆炸试验的模拟⽐根据式（1-3）拨破能量与1000KgTNT 爆炸的模拟⽐为：31313101.0)1000()(q q q q ===α（1-4）1.4 1000KgTNT 爆炸时死伤半径、财产损失半径的计算超压准则认为，只要冲击波超压达到⼀定值便会对⽬标造成⼀定的破坏或损伤。
知识资料Griffith理论和能量释放率
Griffith能量释放率
问题
• 寻找身边的断裂的事例，用手机或者其他手段记录下来。 • 为什么玻璃等脆性材料的强度远低于材料的理论强度？ • 把Inglis应力集中分析应用到材料强度理论，能否说明含
裂纹固体的强度丧失？ • 含有尖锐裂纹的脆性固体（如玻璃），为什么仍然具有一
定强度？什么因素阻碍了裂纹扩展？ • 脆性裂纹体的强度由什么因素控制？ • 将Griffith关于表面能的讨论应用到（脆性）金属材料，会
确定受载荷作用裂纹体的裂纹驱动力
两种载荷情况
— 恒定位移加载和恒定载荷加载
恒位移载荷和恒拉伸载荷
载荷与裂纹驱动力
通过实验确定材料的断裂阻力
R曲线方法
END
遇到什么问题？什么因素阻碍了金属材料中的裂纹扩展？ • 如何分析（计算）受载荷固体的裂纹扩展驱动力？ • 实验中如何确定材料的断裂阻力（断裂能）？
Griffith问题
受外载荷作用的裂纹体能量
虚拟裂纹扩展
裂纹驱动力： 裂纹扩展阻力：
固体强度：
金属材料的断裂能量
• 除表面能之外，材料的断裂能包括材料 发生பைடு நூலகம்离时的塑性变形能量耗散。后者 可能比表面能高两个两级。
运动生理学复习要点
运动生理学复习要点绪论1.运动生理学的研究对象：运动生理学是研究人体在一次运动练习（急性练习）或反复运动中（慢性运动或训练）的功能发展变化规律的科学。
任务：为引导人们合理地进行健身锻炼，科学地组织体育教学和运动训练，提供科学依据。
目的：以实现健康促进和提高体适能和运动成绩的目的。
2.生命的基本特征：⑴细胞是生命的基本单位（除病毒外）⑵新陈代谢、生长和运动是生命的本能⑶生命通过繁衍而延续⑷生物既有个体发育和系统进化的历史⑸生物对外界可产生应激反应和自我调节、对环境具有适应性。
3.人体机能的调节：⑴神经调节：基本方式是反射。
所谓反射，是指在中枢神经系统的参与下，机体对内、外环境变化产生的适应性反应。
实现反射的基础是反射弧，包括感受器、传入神经、中枢神经、传出神经、效应器5个环节。
⑵体液调节：一般是指由内分泌腺和散在某些器官的内分泌细胞分泌出称之为激素的化学物质，通过血液循环，运送到全身某一器官，调节它们的功能活动。
⑶自身调节：是指内外环境变化时，器官、组织、细胞自身不依赖于神经或体液调节而产生的适应性反应。
第一章肌肉的活动第一节肌肉的兴奋和收缩1.肌肉的活动是通过肌肉的收缩和舒张实现的。
2.肌肉的基本组织：包括肌组织（肌纤维）、结缔组织、神经组织、血管网，其中肌组织是收缩的功能，结缔组织是弹性成分，其他组织具有调节、支持和弹性作用。
3.运动单位：一个运动神经元连同它的全部神经末梢所支配的肌纤维，从功能上看是一个肌肉活动的基本功能单位。
4.大运动神经元发出的髓鞘神经纤维粗大，传导冲动的速度快，轴突末梢大而扁平，与肌肉接触的面积大。
5.小运动神经元发出的髓鞘神经纤维比较细，传导冲动的速度慢，其轴突末梢成圆形，与肌肉接触面积小。
6.全或无原则：在肌肉收缩时，若刺激的强度足够引起某一运动神经元兴奋而发出冲动时，该运动单位的全部肌纤维都同时参加收缩活动。
若刺激过弱而不足引起某运动单位的运动神经元兴奋而无冲动发出时，则该运动单位的全部肌纤维无一参与收缩活动，这称为运动单位活动的“全或无”原则。