第二節零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第1頁!一、基本概念靜載荷和沖擊載荷 斷裂：材料在外力作用下分為兩個或者兩個以上部分的現象。斷裂的分類零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第2頁!力學宏觀微觀正斷切斷韌斷脆斷微孔聚合解理晶間晶內零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第3頁!“虹橋”系綦江縣形象工程，形似彩虹而得名，該橋跨越長江支流—綦河，連接城東城西，于1994年11月5日動工建設，1996年2月16日竣工，橋凈空跨度120米，耗資368萬元。1999年1月4日晚6時50分左右，彩虹橋整體垮塌，包括18名年輕武警戰士在內的40人遇難。調查組認為，這次垮塌事件由兩方面的原因造成。一是工程質量問題；二是工程承發包不合法。調查結果表明，這次慘劇不是天災，而是人禍。其根本原因，是由于政府在工程開發建設上沒有遵循法律，履行必要的審核、論證程序，采取了“特事特辦”的方式，盲目追求效率營造“獻禮工程”，從而釀成大禍。綦江彩虹橋垮塌案零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第4頁!零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第5頁!裂紋形成（萌生）階段裂紋擴展階段斷裂過程裂紋萌生：材料在外力作用下，形成微裂紋或以內部缺陷作為裂紋源。裂紋擴展：微裂紋或裂紋源逐漸擴展至一臨界尺寸時，立即發生斷裂。前者段稱裂紋亞穩擴展階段，后者稱裂紋失穩擴展階段。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第6頁!韌斷時，裂紋的亞穩擴展階段較長，裂紋的擴展與塑性變形同時進行，故有明顯的塑性變形，斷裂慢。脆斷時，幾乎沒有亞穩擴展階段，故無明顯塑性變形，斷裂快。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第7頁!二、沖擊韌性衡量指標：沖擊吸收功Ak 沖擊韌度ak(ak＝Ak/Fk

)材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。是材料強度和塑性的綜合表現。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第8頁!工程中常將材料的屈服強度與沖擊韌性結合在一起用于零件及結構的設計。焊接結構設計中，除了強度的要求外，規定焊接接頭沖擊吸收功Ak>27J沖擊韌性的應用零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第9頁!系列沖擊試驗奧氏體鋼低強度鐵素體鋼高強度鋼沖擊吸收功Ak溫度TTk零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第10頁!三、斷裂韌性傳統的零件及結構設計是基于“材料是一個連續均質的整體”假設之上的，為防止脆性斷裂，除強度要求之外，還加上了材料的塑性和韌性指標。五大力學性能指標強度σb,σs塑性δ,ψ韌性Ak/ak零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第11頁!應力強度因子斷裂力學研究表明：裂紋尖端的應力應變場可用物理量Ｋ來表征。σx,σy,τxyεx,εy,γxy零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第12頁!Ｙ:幾何形狀因子，Y＝1～2；σ:工作應力；a:裂紋半長度。σσ2a零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第13頁!斷裂韌度KIC:是評定材料抵抗脆性斷裂的力學性能指標，指的是材料抵抗裂紋失穩擴展的能力。單位：MPa·m1/2或者MN·m-3/2KI

<KIC

構件安全KI>KIC構件發生脆性斷裂KI

＝KIC構件發生低應力脆性斷裂的臨界條件斷裂判據零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第14頁!已知應力，裂紋長度，確定結構安全的材料斷裂韌度是用高強度鋼制造的飛機、導彈和火箭的零件，及用中低強度鋼制造氣輪機轉子、大型發電機轉子等大型零件的重要性能指標。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第15頁!（一）加載方式和材料本質零件受外力作用時，其內部各點的應力狀態可用三個主應力σ1、σ2、σ3來（σ1>σ2>σ3）來表示。材料力學知識α：應力狀態軟性系數，零件加載方式由α表示。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第16頁!σmaxτmaxτkτsσk側壓α>2單向壓α＝2扭轉α＝0.8單向拉α＝0.5三向不等拉α<0.5加載方式相同，材料本質不同，斷裂方式不同零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第17頁!（三）應力集中應力集中改變了應力狀態，σmax↑，τmax↓,α↓。單向拉伸α＝0.5，而缺口拉伸試樣α<0.5，易引起脆斷。因此，應力集中會引起材料脆化。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第18頁!（四）零件尺寸薄板處于平面應力狀態，α較大；厚板處于平面應變狀態，α較小，易產生脆斷。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第19頁!一、基本概念交變載荷：載荷大小和方向隨時間發生周期變化的載荷。疲勞斷裂：零件在交變載荷下經過長時間工作而發生斷裂的現象成為疲勞斷裂。最大應力σmax最小應力σmin幅應力σa平均應力σm應力比r零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第20頁!疲勞斷裂的特點應力很低，常小于靜載屈服強度；斷裂時無明顯宏觀塑性變形，脆斷；斷口顯示出裂紋形成、擴展和最后斷裂三個階段。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第21頁!零件所用材料的內部缺陷、加工缺陷、設計欠缺等引起局部應力集中，這些局部區域成為裂紋的產生地，即疲勞裂紋源區。疲勞源區零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第22頁!最后斷裂區隨著裂紋的擴展，有效承載面積減小，應力增加，當應力超過材料的斷裂強度時，即發生快速斷裂。此區同靜載脆斷斷口，呈放射狀。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第23頁!三、疲勞抗力指標及其影響因素無裂紋零件的疲勞抗力指標疲勞極限、過載持久值、缺口敏感度帶裂紋零件的疲勞抗力指標疲勞裂紋擴展門檻值ΔKth影響疲勞裂紋抗力的因素載荷類型、材料本質、表面狀態、溫度、介質零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第24頁!材料在高于疲勞極限的應力作用下發生疲勞斷裂的循環周次。過載持久值N1、N2、N3、N4均為疲勞過載持久值。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第25頁!應用多數零件按疲勞極限進行設計；有些零件承受的交變應力遠高于疲勞極限，用過載持久值進行設計。低周疲勞N<105;高周疲勞N>105。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第26頁!σmaxσmlgNσσ-1σ-1N零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第27頁!（二）帶裂紋零構件的疲勞抗力指標aNaC1Np1在固定應力比和應力幅時，可測得a-N曲線，裂紋擴展速率da/dN隨a增加而增大；Np2aC2增加應力幅，在相同循環次數下，da/dN增大；da/dN與a、Δσ有關零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第28頁!ABCIIIIII10-8~10-6mm/cyc10-5~10-2mm/cycK=KIC零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第29頁!（三）影響疲勞抗力的因素載荷類型材料本質零件表面狀態工作溫度腐蝕介質零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第30頁!2.材料本質不同材料有不同的疲勞曲線，σr、q、da/dN、KIC及Kth不同；σ-1＝0.5σb

中、低強度鋼0.42σb

灰鑄鐵0.48σb

球墨鑄鐵0.35～0.4σb

鑄鐵銅合金零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第31頁!3.零件的表面狀態零件的表面缺陷（如裂紋、刀痕等）對其強度影響不大，但疲勞極限有顯著影響。材料表面狀態σb/MPaσ-1/MPa45鋼（正火）光滑656280有刀痕65414540Cr（淬火＋200℃回火）光滑1947780有刀痕1922300零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第32頁!小結疲勞斷裂是零構件常見的一種失效形式，它是一種脆性斷裂，危害很大；疲勞斷口上可清楚顯示疲勞裂紋源、裂紋擴展區和最后斷裂區，斷口是判斷是判斷疲勞斷裂的重要依據；無裂紋零構件設計中常用的疲勞抗力指標是疲勞極限、過載持久值和疲勞缺口敏感度；零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第33頁!綦江彩虹橋垮塌-脆性斷裂分析彩虹橋竣工慶祝現場坍塌的彩虹橋零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第34頁!

記者的報道零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第35頁!三向應力零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第36頁!1999年3、4月，重慶中級人民法院對“綦江彩虹橋垮塌案”14名責任被告人進行一審宣判。其中10人不服，并上訴。同年12月，重慶市高院作出終審判決。林世元男，原綦江縣委員會副書記，因受賄罪、玩忽職守罪，被高級人民法院終審判處死刑，緩期2年執行。張基碧男，原綦江縣城鄉建設管理委員會主任，因玩忽職守罪，被判處有期徒刑6年。趙祥忠男，原重慶市市政工程質量監督站站長，因工程重大安全事故罪，被判處有期徒刑5年，并處以罰金2萬元。賀際慎女，原綦江縣人大常委會副主任，因玩忽職守罪，被判處有期徒刑3年。費上利男，“虹橋”工程組織承建者，因工程重大安全事故罪，被判處有期徒刑10年，并處罰金50萬元。此外，李蒙澤、孫立、段浩、夏福利、閻珂、劉澤均、胡開明、王遠凱等人，及重慶通用工業技術服務部，因重大工程重大安全事故罪、玩忽職守罪、生產銷售不符合安全標準的產品罪等罪名，被判處6年至10年的有期徒刑，并處以3萬至25萬元罰金。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第37頁!微孔聚合型斷口解理型斷口晶間斷裂晶內斷裂零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第38頁!裂紋亞穩擴展時，裂紋擴展阻力大，da/dt較小；裂紋失穩擴展時，裂紋擴展阻力小，da/dt大，最大可達該材料的聲速。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第39頁!韌性韌性越好，脆斷傾向越小；力學性能指標：沖擊韌性斷裂韌性材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，是材料強度和塑性的綜合表現。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第40頁!零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第41頁!-59℃-12℃4℃16℃24℃79℃低強度鐵素體鋼沖擊斷口照片零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第42頁!溫度對材料的韌性影響很大，材料由韌性狀態轉變為脆性狀態的溫度稱為韌脆轉變溫度，Tk。Ak越高，Tk越低，則材料的韌性越好。Ak是對材料的成分和組織敏感的力學性能指標。γ鋼韌性最高，無明顯的Tk，低溫韌性好；低強度鐵素體鋼韌性次之，有明顯的Tk，低溫韌性差；高強度M鋼韌性最差，即使室溫韌性好很低。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第43頁!實際材料中是存在微裂紋及各種冶金缺陷的，而其中裂紋是最危險的一類缺陷，因此有必要研究帶裂紋體的問題。斷裂力學零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第44頁!張開型裂紋I型滑移型裂紋II型撕裂型裂紋III型零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第45頁!研究表明：當KI較小時，裂紋不會擴展，零件是安全的；當KI達到一個臨界值時，裂紋才會擴展，這個臨界值KIC是材料的性質。斷裂韌度零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第46頁!應用已知應力，材料，確定結構安全的最大裂紋長度已知裂紋長度，材料，確定結構安全的最大應力零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第47頁!加載方式材料本質溫度和加載速度應力集中零件尺寸四、影響脆性斷裂的因素零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第48頁!σmaxτmaxτkτsσk側壓α>2單向壓α＝2扭轉α＝0.8單向拉α＝0.5三向不等拉α<0.5加載方式不同，斷裂方式不同零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第49頁!（二）溫度和加載速度σTσkσsTkTk’零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第50頁!零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第51頁!第三節零件在交變載荷下的疲勞斷裂基本概念斷口特征抗力指標零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第52頁!火車軸（彎曲）曲軸（扭轉）齒輪齒根（彎曲）球軸承（壓縮）連桿（小拉大壓）缸蓋螺釘（大拉小拉）零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第53頁!二、疲勞斷口的特征零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第54頁!疲勞裂紋擴展區疲勞裂紋形成后，在交變應力的作用下，裂紋口不斷張開和閉合，裂紋表面相互摩擦，裂紋向前擴展的同時留下一條條光亮的弧線，稱疲勞線。疲勞線呈“貝殼狀”或“海灘狀”，這是疲勞斷裂的重要特征。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第55頁!疲勞源區和疲勞裂紋擴展區的微觀形貌一個疲勞源兩個疲勞源微裂紋疲勞條紋疲勞裂紋擴展區疲勞源區零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第56頁!（一）無裂紋零（構）件的疲勞抗力指標材料經過無限次應力循環不發生斷裂的最大應力。對應于疲勞曲線上水平部分對應的應力值。疲勞極限零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第57頁!試驗測定材料的疲勞極限常用旋轉彎曲疲勞試驗，r=-1，結果用σ-1表示。鋼鐵材料部分在色金屬（Al合金）條件疲勞極限零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第58頁!疲勞缺口敏感度常用q來衡量缺口對疲勞極限的影響其中，Kt為理論應力集中系數，與零件的幾何形狀有關，與材料無關，可從手冊中查到；

Kf為有效應力集中系數，即光滑試樣和缺口試樣疲勞極限之比，與零件幾何形狀及材料有關。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第59頁!0<q<1；Kf→1，σ-1N→σ-1，即缺口不降低疲勞極限，對缺口不敏感，此時q＝0；Kt＝Kf時，q＝1，缺口嚴重降低疲勞極限；q越小越好。零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第60頁!零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第61頁!應用選材確定帶裂紋零（構）件的最大承載能力確定零（構）件的允許的最大裂紋長度零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第62頁!1.載荷類型載荷類型對疲勞極限及疲勞裂紋擴展門檻值均有重要影響。拉-壓疲勞σ-1p＝0.85σ-1（鋼）0.65σ-1（鑄鐵）扭轉疲勞τ-1p＝0.55σ-1（鋼）0.8σ-1（鑄鐵）零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂共69頁，您現在瀏覽的是第63