泉源CAE手藝同盟,斷裂力學是近幾十年才生長起來了的一門新興學科主要研究承載體由於含有一條主裂紋發生擴展包羅靜載及疲勞載荷下的擴展而發生失效的條件斷裂力學應用於種種龐大結構的剖析並從裂紋起裂擴展到失穩歷程都在其剖析局限內由於它與質料或結構的平安問題直接相關因此它雖然起步晚但實驗與理論均生長迅速並在工程上獲得了普遍應用斷裂力學研究的方式是從彈性力學方程或彈塑性力學方程出發把裂紋作為一種界限條件考察裂紋頂端的應力場應變場和位移場想法確立這些場與控制斷裂的物理參量的關係和裂紋尖端周圍的局部斷裂條件,,海內外相關研究現狀,現在斷裂力學總的研究趨勢是從線彈性到彈塑性從靜態斷裂到動態斷裂從宏觀微觀星散到宏觀與微觀連繫從確定性方式到概率統計性方式以是就斷裂力學自己而言憑證研究的詳細內容和局限它又被分為宏觀斷裂力學工程斷裂力學和微觀斷裂力學屬金屬物理局限宏觀斷裂力學又可分為彈性斷裂力學它包羅線性彈性斷裂力學和非線性彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學包羅小局限屈服斷裂力學和大局限屈服斷裂力學及周全屈服斷裂力學工程斷裂力學還包羅疲勞斷裂蠕變斷裂侵蝕斷裂侵蝕疲勞斷裂及蠕變疲勞斷裂等工程中主要方面現在在斷裂力學研究方式中又引入可靠性理論稱為概率斷裂力學使斷裂力學的研究內容加倍厚實也使斷裂力學的理論獲得進一步的生長和完善並在工程現實中施展出越來越大的指導作用,,1格里菲斯理論,為研究質料內部含有裂紋對質料強度有多大影響上世紀20年月的格里菲斯首先研究了含裂紋的玻璃強度並得出斷裂能量的關係,冰箱門朝西風水好不好(原來家電也有風水一說)
,這就是著名的格里菲斯斷裂判據其中,G,為裂紋尖端能量釋放率,s,是外面自由能質料每形成單元裂紋面積所需能量由此關係可得格里菲斯裂紋應力和裂紋尺寸關係,
,式中a為裂紋長度若G2,s,裂紋將擴展若,G,s,裂紋不會擴展若,G,2,s,為極限狀態又若裂紋擴展且,dG,da,0可以確定為失穩擴展若裂紋擴展且,dG,da,,2應力強度因子K,裂紋頂端區域彈性應力場強度因子的簡稱是線彈性力學中反映裂紋頂端區域彈性應力場強弱的力學參數以符號KI示意對裂紋頂端周圍區域應力場的研究可知靠近裂紋頂端的應力在趨近於裂紋頂端處其數值以某種方式趨向於無限大即具有奇異性因此不能用此處應力來權衡其強度而KI值能反映裂紋頂端區域彈性應力場的強度它的數值巨細與所受荷載的巨細裂紋尺寸及幾何形狀有關格里菲斯裂紋的數學表達式為,
,其中,為應力,a,為裂紋長度按裂紋擴展的三種形式有KIKIIKIII劃分示意I型II型和III型裂紋的應力強度因子其中對於I性裂紋,
,式中,E,為平面應力,注應力強度因子適用於裂紋尖端塑性區比K場區小几倍也比裂紋長度小几倍如韌性子料,,3J積分,1968年由賴斯JRRice提出它反映裂紋頂端由於大局限屈服而發生的應力應變集中水平J積分的界說是,
,用於研究平面問題它代表與裂紋擴展有關的能量式中右側第一項是與應變能有關的能量其中,W,是應變能的密度即單元體積應變能在彈塑性情形下為單調加載歷程中試件各處體元所接受的應力變形功密度包羅彈性應變能和塑性變形功第二項是,ds,上面力分量,ds,是路徑上的弧元,,J積分有以下各性子,J積分與路徑無關,J積分能決議裂紋頂端彈塑性應力應變場,J積分與形變功功率有如下關係,
,式中,B,為試件厚度,U,為試件的形變功為給定位稱上式是J積分得以實驗測定的基礎,,4阻力曲線,斷裂力學中示意裂紋在質料中發生穩固擴展行為的曲線下圖所示縱坐標為裂紋擴展的阻力用J積分CTOD的,或應力強度因子K示意橫坐標為裂紋擴展量,a,裂紋未擴展時曲線與縱軸重合一旦擴展則,a,0曲線便偏離縱軸拐點即為起裂點再後面示意穩固擴展歷程當曲線上某點的切線能通過水平負軸上示意裂紋長度的點時示意將發生失穩擴展失穩時裂紋擴展推動力與裂紋擴展阻力隨裂紋尺寸的轉變率相同不需加載裂紋即會自行快速擴展而斷裂阻力曲線可以用試樣測試可用於確定起裂值,i,或JIC或條件起裂值0005或J0005等也可用以展望構件中裂紋發生亞臨界擴展的歷程,
,,5數值盤算方式,隨着斷裂力學研究的日益深入需要求解的問題日趨龐大化和多樣化使得若何確立高效高精度的盤算方式成為學者們研究的熱門由於盤算機科學盤算數學和力學等學科的不停生長用於解決斷裂力學問題的數值盤算方式不停湧現從早期的有限差分法有限元法界限元法到現在的無網格法數值流形法小波數值法非延續變形剖析等它們正成為推動斷裂力學研究不停生長的主要工具,,有限元法,在有限元解的情形下通過應力恢復誤差估量和新網格自動劃分進而再舉行有限元求解重複這一歷程直至獲得知足的有限元解另外隨機剖析是斷裂力學生長的一個主要偏向也是結構可靠性評估的基礎隨機有限元法在有限元法的基礎上接納隨機參數來形貌工程現實問題主要研究內容包羅隨機變分原理隨機有限元控制方程的確立及其求解,,界限元法,這是繼有限元法之後生長起來的一種求解力學問題的數值方式其組成包羅如下三個主要部門,基本解的特徵及其應用,離散化和界限單元的選取,疊加法與求解手藝,這種方式的優點是應用Guass定理使問題降階將三維問題化為二維問題將二維問題化為一維問題使數據的準備大為簡化網格的劃分和重新調整更為利便最後形成的代數方程組的規模也小得多,,無網格法,也叫無單元法該方式將整個求解域離散為自力的節點而無須將節點連成單元它不需要劃分網格從而戰勝了有限元法在盤算曆程中要不停更新網格的缺陷盤算曆程中可以實時跟蹤裂紋尖端區域舉行局部細化將延續的裂紋擴展歷程看作多個線性增量每一個增量內裂紋擴展角憑證應力強度因子確定通過在裂紋尖端細化節點引入外部基函數提高盤算精度,,數值流形法,該方式的基本頭腦是將微分幾何的流形原理引入質料剖析以拓撲流形與微分流形為基礎同時吸收有限元中插值函數組織方式與非延續變形剖析中塊體運動學理論兩方面的優勢把延續和非延續變形力學問題統一起來,,小波數值法,該方式行使了小波具有的優越局部化特徵用小波函數對位移場舉行迫近確立了小波數值盤算花樣模擬了裂紋尖端的奇異性問題並求解出裂紋尖端的應力強度因子,,存在的問題及手藝要害,上述方式或理論均源於格里菲斯的斷裂理論是確立在奇異性基礎上的即均基於裂紋頂端應力與應變為無限大的模式睜開的Inglis數學尖裂紋模子的彈性力學註釋斷裂理論的基礎這種數學尖裂紋上下外面間距為零裂紋頂端曲率半徑也為零因而有彈性力學求出的應力分量在裂紋頂端處為無限大這種徵象稱為奇異性,奇異性理論一直延續至今但奇異性斷裂力學在物理上存在本質的缺陷這主要显示在兩方面,其一在現實中發現的裂紋其上下外面間距和裂紋頂端曲率半徑都是有限值且不即是零,其二現實裂紋縱然在裂紋頂端應力與應變均為有限值不存在所謂的應力與應變的奇異性,這樣基於數學尖裂紋和應力奇異性的物理量缺乏堅實的物理基礎為了完善理論出現非奇異性可以接納對照相符真真相形的半圓形頂端的鈍裂紋或切口模子但鈍裂紋的曲率半徑的丈量需要用金相的方式測出這就需要金相斷裂力學的生長,,未來的生長趨勢,彈塑性斷裂力學雖取得了一些希望但仍有許多尚待深入研究的問題它是當前斷裂力學的主要研究偏向之一斷裂動力學對於線性子料另有待完善對於非線性子料尚處於研究初期是斷裂力學的又一主要研究偏向隨着對斷裂問題的深入研究及數學工具的利便使用斷裂力學理論會日益成熟斷裂力學應用會日漸普遍,對於數值盤算方式其未來的生長趨勢為跨尺度的斷裂力學數值盤算方式并行數值盤算方式剖析法與數值法的連繫多種盤算方式的有機連繫於融合數據處置自動化,
廚房爐灶的坐向哪個方位最佳(資深廚娘整理灶台尺寸標準)