说明ki和kic的异同。
断裂韧性指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量,也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。当ki和kic分别代表材料使用时的应力和材料本身的特性。断裂韧度kic是应力强度因子ki的临界值。
不同点:kⅰ是一个力学参量,表示裂纹体中裂纹尖端的应力应变场强度的大小,它取决于外加应力、试样尺寸和裂纹形状,与材料无关;
kⅰc是材料的力学性能指标,它取决于材料的成分、组织结构等内在因素,而与外加应力及试样尺寸等外在因素无关。
相同点:ki和kic的量纲及单位相同。
试述k判据的意义及用途。
k判据:裂纹体在受力时,只要满足 ,就会发生脆性断裂;反之,即使存在裂纹也不会断裂。
意义:将材料的断裂韧度和机件的工作应力及裂纹尺寸联系起来,可用于直接设计计算。
用途:①估算裂纹体的最大承载能力;
估算允许的裂纹尺寸a;
选择机件材料、优化工艺等。
有一大型板件,材料的σ0.2=1200mpa,kic=115mpa*m1/2,探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹,若在平均轴向拉应力900mpa下工作,试计算ki及塑性区宽度r0,并判断该件是否安全?
解:由题意知穿透裂纹受到的应力为σ=900mpa
根据σ/σ0.2的值,确定裂纹断裂韧度kic是否休要修正。
因为σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7,所以裂纹断裂韧度kic需要修正。
对于无限板的中心穿透裂纹,修正后的ki为:
mpa*m1/2)
塑性区宽度为:
0.004417937(m)= 2.21(mm)
比较k1与kic:
因为k1=168.13(mpa*m1/2)
kic=115(mpa*m1/2)
所以:k1>kic ,裂纹会失稳扩展 , 所以该件不安全。
2. 有一轴件平行轴向工作应力150mpa,使用中发现横向疲劳脆性正断,断口分析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区,根据裂纹a/c可以确定φ=1,测试材料的σ0.2=720mpa ,试估算材料的断裂韧度kic为多少?
解: 因为σ/σ0.2=150/720=0.208<0.7,所以裂纹断裂韧度kic不需要修正。
对于无限板的中心穿透裂纹,修正后的ki为:
kic=yσcac1/2
对于表面半椭圆裂纹,y=1.1/φ=1.1,所以kic=yσcac1/2=1.1=32.689(mpa*m1/2)
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