进退两男
() 文章
Ξ
几种金属材料宏观
汤安民 师俊平
( ) 西安理工大
摘要 : 总结种金属材料在常规破坏试验
下的几宏观断裂 ,结果表明 ,金属材料不同受力形式下 ,随应力状态参数 R从
化 ,裂机理从脆断 ,向以孔洞扩张聚
断 、孔洞正断 、有孔洞影响的剪断 、无孔
也随着
关键词 :
文献标识码 : A中图分类号 :O34611 ; T G111191
R的代数可以综合反映
态和对材料的约束程度 ,
范围内 ,应力三维度值
金属材复合型断程中 ,受材料不同与应 ,料易于拉断 ; 应力三维度值小 , 应
力状态不同的影响 ,产生塑性变形大小有很大 力状态偏于受压状态 ,形状变形较大 ,会有较大的塑 不同 ,造成应力集中程与孔洞扩张化复 ,断裂 性变形产生 ,材料易剪断 。 形式也较为复杂 ,实表明常裂判据于金属 由 Bridgman 光滑拉伸试件应状态公式 ,在颈 1 ,3 材料一些断裂试验结果时均有较大误。本 缩部位最小横截心应力三维度 通过了解几种金属材在不同应力状态下的断裂 ρ)()(Rσ = 1/ 3 + ln 1 + D / 4 2 验结 ,分析了金属材料几宏断裂形式 、断裂条 ρ式中 是颈部外轮廓的曲率半径 , D 是最小截面的 件与其对应细观机 ,并对应力维度材料断 () 瞬时直径 。从式 2可知试件在无明显之前 Rσ形式的关系作了讨 。 为 0133 , 当颈缩出现后 , 随该部位曲率半径逐渐
小 ,缩截面
金属材料几种断裂形式 3 为
引入了应状态参数应力维 Rσ 的概念 , Rσ 表 对 14CrNiMov 、40CrNiMo 合金钢与 L C9 R 硬铝 达式
进行常规断裂试验 。拉伸件为光滑圆棒 ,采用 σσRσ = / m e()1 WDW2200 电子万能试验机进行拉试验 , 试验结 σ(σσσ) 其中 = + + / 3 , m12 3 果表明 , 对于 14CrNiMov 、40CrNiMo 合金钢当单拉 2 2 2 2 σ= (σσ) (σ σ)(σσ) - + - + - / 2 。 载荷到达强度载荷时 ,
Ξ () () 基金目 :陕西省教育厅科研基金资助项目 01J K140,教部重点项目研究基
第一作者介 :汤
143 第 3 期 汤安民 ,等 :几种金属材料宏观断裂形式的试验研究
心部受三向 、周边受两向
颈缩程度较 ,断口心
见图 1a , 图象分析表
断裂机制 ,也有孔洞韧
较小 , 电
40CrNiMo 试件颈缩程
心部为孔洞断机制 , 周
材料 ,在向拉伸时 ,
断断口 ,断裂为孔洞
槽的试样 ,拉断过程塑
机制 ,电镜
图 2 L C9 R 材料两种断裂形式 SEM 图象
H Y100 、H Y130 软钢则随复合比从 ?型向?型的
变化 ,料断裂形式则
2 ,3 剪断转化。
4 材料断裂
以应力三维 Rσ 作
压程度的参
= 0 ,
图 1 14CrNiMov 材料两种断裂形式 S EM 象 () 2计算 ,14CrNiMov 拉伸试件颈缩截心部 Rσ
扭转试件也为滑圆棒 ,采 NJ250 扭力试验机 大于 1113 ,周遍 Rσ 值小于 1110 ;40CrNiMo 拉伸试 进行扭转试验 ,上几种材料 ,在纯剪受力下 ,试件均 件颈缩截面心 R值大于 1105 , 周遍 R值小σ σ 沿横截面发生剪断 。压缩试件为光滑圆柱 , 采用 [ 5 ] 110 。对复合型断试件应
试件沿与压力成 45?方向生剪断 ,断口孔洞极 复合比从 ?型向 ?型的变 , 其上危险点的应力 ,断裂为不受孔洞影响剪断裂 ,电镜图象见图 2b ; 态参数 Rσ 从 2161 变化到 0172 。对比以上结 14CrNiMov 材料试件也沿与压力向成 45?方向发生 果可以看出 ,14CrNiMov 材料 ,当危险点 Rσ 值大于 断 ,断口与 L C9R 材料似 ;40CrNiMo 材料 ,试件被 1113 时 , 断裂机制为解理断裂与孔洞正断共存 ,
压成饼状时发生断裂 。危险点 R
作者曾分析了 L Y12 材料火与退火两种状态 的剪断 ,当 R= 0 与 R= - 0133 时 ,断裂机制为σ σ 5 ,6 试件的复合型断裂情况,随合比从 ?型向 ? 孔洞影响的剪断 ;40CrNiMo 材料也有相似的断裂机 型的变化 ,L Y122CZ 材断裂形式始终以孔洞正断 理变规律 。对于 L C9 R 、L Y122CZ 硬金 , 当危 为主 ,L Y122M 材料则随复合比的变化 ,断裂形式
从孔 洞 断 逐 变 成 有 孔 洞 影 响 的 剪 断 , 而 险点 R= 0133 时 ,断裂机制为有孔影响的剪断 ,
144 应 用 力 学 学 报 第 21 卷
Rσ = 0 与 Rσ = - 0133 时 ,断机制为无孔洞影响 应力场奇异性出发 , 建立的应力强和能量准则
裂纹扩张据 ,与传度理论有着本质的区别 。但 ;L Y122M 材料 ,当应力状态参数 Rσ 大于 110 的剪
时 ,料断形式为正拉断 ; R小于 019 时 ,材料 σ 数学上的尖裂纹在实中是不存在的 ,端应力 、应 断裂形式为剪断 。 变必然有 ,实际裂纹张判据必然与传统强度
综上所 , 材料特性与应力状形式影响着 论有着根本的联系 。现有的金属材料断裂理论 ,由于 材料断裂过中的断裂机理与断裂形式 , 对于具体 人为因素为传统强度理论断裂力学理论 , 分
金属料 ,当所受三轴应力达一程时 ,在材料内讨论无裂纹体与有裂纹体的破坏 , 但从材的细观 微缺陷处现不协调变形 ,产生微裂纹 ,形成局部应 断裂机来看 ,裂纹体无裂纹体断裂破坏的实
[ 1 ] ) 力集 。1当 材 料 断 裂 过 程 中 产 生 的 塑 变 形 很 是相同的 ;因此应该把裂纹体 、无裂纹体的断裂
少 ,裂纹尖端应集中不能被松弛 , 随微裂纹 题统研究 。) ,应力集中进一步增加 ,材料发生解理断裂 ;2当 )2 材料断裂过程中性变形量与应力集中程 塑性变能弛应力集中时 , 微裂纹会逐步形成孔 度是影响材料机制的主要因素 , 同物理机制 洞 ,在塑变形较小的情况下 ,随三轴应力进一步
的断裂式 ,启位置与开裂方向则不同 ,影材 大 ,材料中孔洞间出现次级孔洞 ,孔
) 使材 发 生 有 孔 洞 的 正 拉 断 ;3当 塑 性 形 较 多 料裂的主要应力参数也不同 。用一种断裂条件不 时 ,限制了应力集中进一步发展 , 孔洞成长 , 沿 能同时合理解释材料不同物机制断裂力学问 横向不易聚合 ,但局的大塑性滑移 ,会在孔洞韧 题 ,这也是目许多性断裂准则存在的一个问题 。产生局部剪切滞后带 , 剪切带的扩展使材料发
) 有孔洞剪断 ;4当
集中难以形
料中产生量剪切带 ,
在应 力 场 中 , 应 力 三 维 度 极 值 对 应 轴 受材料特性与 Rσ 变化的影响 ,金属材料断裂机 () 拉应力处 ,而形变能极大值处则塑性形 理有规律地发生变化 ,随 Rσ 值从高向低变 ,断裂 ) ) 较强处 。从宏观上 , 对于上述 1、2类断裂形式 ,
机理从晶脆断 ,以孔洞扩张聚合 、局部剪切
) 方向为危点上最大拉应作用面方向 ;对第 3类 扩展转化 ,材可能依生解理脆断 、孔正断 、 断裂形式 ,险点也位于应力三维度极大值处 ,断裂 有孔洞影响的剪断 、无孔洞影响的剪断等四裂 ) 方向为危险点上最大剪应力方向 ;对第 4类断裂形 形式 。材料发不同形式断时 ,其断裂危险点与断 式 ,点则位于材料中形变能大值处 ,断裂方向 裂条件也不同 。 为险点上最大剪应力方向 。文献 [ 6 ] 讨论的裂
本文修工作得西北工业大学张克实教授
无裂纹体 ,断裂条件经验公式可
参 考 文 献
1 郑长卿 ,周利 ,张克实. 性破坏的细观力学及其应用研究 M , 北京 : 国防工业出版社 ,1995 ( )σ(σσ)Rσ > R + b+ = c 1 11 2 3 1D. Bhat tacharjee . Ductile f ract ure in H Y100 steel under mixed mo de 2 ( ) ?/ mo de ?loading. Acta Metell . Mater J , 1994 5: 1747,1754 τ( R < σ)="" max+="" brσ="c1" rσ=""> )( = 2 2R f i , j 2 Maccagno b TM . The mixed2mo de ?/ ?f ract ure behavio r of lightly ( )τ= cR
( ) 的讨[ 4 ,6 ] J , 机械强度 ,2002 ,24 2:23,26 5 具体材料相应断形式的试验结果来确定。 汤安民 , 朱文艺 , 智先. 韧性材的几种断裂形式及判据讨
( ) J , 机械强度 ,2002 ,24 4:566,570 6 几点讨论 5
)1 基数学尖裂纹假
No . 3 CH IN ESE J OU RNAL O F A P PL I ED M ECHAN ICS 13
Study on Gray Verhuslt Foreca sting2Optimal Control
f or the Vibration of Rotor System
L i u Y on gs hou Zhi X i z he Gu Zhi pi n g W a n g S an z hou Y ue Zh uf e ng
( )No rt hwestern Polytechnical U niversit y , Xi’an 710072
Abstract : The design p rocedures and applicatio n of gray Ver huslt fo recasting2op timal co nt rol to roto r system are p ropo sed and st udied. Based o n t he gray Ver huslt fo recasting mo del , using t he op timizatio n co nt rol met ho d of t he mo der n co nt rol t heo ries , a gray Ver huslt fo recasting2op timal co nt rol scheme fo r a symmet ric roto r beari ng system w hich has a single ro und plate is designed. The result of t he emulating show s t hat t his t heo ry and met ho d of gray Ver huslt fo recasting2op timal co nt rol is efficient and feasible fo r t he vibratio n co nt rol of roto r sys2 tem.
Keywor ds : rot or syste m , v i brat ion act i ve con t rol , g rey V e rh usl t f orecast i n g2opt i m al con t rol .
Experiment Analysis of Macroscopic Fracture Forms
f or Several Metal Material s
T a n g A n m i n S hi J u n pi n g
()Depart ment of Engineering Mechanics , Xi’an U niversit y of Technology , Xi’an 710048
Abstract : It is summarized t hat t he f ract ure p heno mena of several metal materials in general breaking test . A few macro scopic f ract ure fo r ms are analyzed in different st ress t ri2axialit y of several materials. The result show s t hat t he f ract ure mechanism of t he metal material t ransfo r ms f ro m ductile f ract ure to hole extending and get ting toget her and expansio n of local shear zo ne in different types loading , as t he st ress co nditio n parameter Rvarying σ f ro m large to small , t he material p ro bably has fo ur f ract ure fo r ms like cleavage ductile f ract ure , no r mal tensile break , no r mal tensile break of hole , shear break affected by hole and shear break affected not by hole in t ur n . The dangero us point s and co nditio ns of f ract ure change alo ng wit h in t he materials.
Keywor ds : st ress t ri2a x ici t y , f rac tu re m echa nis m , nor m al tens lie break , s hea r brea k.
Eff ect of Reinf orcement’s Sha pe on the Local Stress
Fiel d of Metal Matrix Composites
Chai Don gl a n g L i X i aoj u n Cao L i qi a n g X i Y ul i n
( )Xi’an J iaoto ng U niversit y
( ) Abstract : The st ress fields of disco ntinuo usly reinfo rced metal mat rix co mpo sites MMCsare simulated using a t hree2dimensio n finite element met ho d. We o btain t he maximum p rincipal st ress fields and hydro static st ress fields of MMCs w hich have ellip soidal reinfo rcement s wit h different slender ness ratio s. The influence of t he slen2 der ness ratio o n t he st ress field dist ributio n , st ress co ncent ratio n , st ress t ransmissio n over interf ace , and t he
断裂形式
断裂形式
目录 ?
?
?
?
? 1 断裂的形 2 断口分析 3 微聚集型断裂 4 解理断裂 5 影响材
?
材料在外力下
(1)断过程：裂
(2)断裂
断裂前有明塑变) ；
正断：断的宏观断裂最大正应力方向垂直，一般为脆断，可能韧断。 切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方呈45°，为
裂纹扩散途径可分
穿晶断裂：裂纹穿过晶
晶间断裂：裂纹
断口分是金属料断裂失效分析的要方。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩各内外因素。所以过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构设计、提高材料能、改善制作工艺提供依
微孔聚集型的过程：微孔的
断裂面沿一
1. 结键及晶体结类：离子晶体、难熔氧化物，共价晶体理区域存在范围较大；面心立方一般不发生解理，体心立方属低温时易解
2. 化成分及显微织：金属材料具有细晶粒可以提高强度和性；晶界中有害杂质的偏聚或脆性相的析出降低塑性，易生沿晶脆性断
3. 裂纹应力状态：
4. 温：大多数金属温的下降，从韧性断裂向脆性断裂过渡，料的屈服强度温度下降而升高，温度对解理应力影响不明显，
塑性变形对金属材料断裂形式的影响
甍，哿差增ｑ
ＭＥｃＨＡＮ。ｃＡ争蕊
ＭＥｃＨＡＮＩｃＡＩ。ｓｃＩＥＮｃＥＡＮＤＴＥｃＨＮ（）Ｌ【）ＧＹ≮麓？ｍ意印ｋ发嚣ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ
２００１
文章编号：ｌ００３—８７２８（２００１）ＺＫ—００２０一０３
塑性变形对金属
汤安民，刘泽明
（西安理工大学，西安７１００４８）
汤安民
摘
要：通过对同金属材料平面复合栽荷形式下，裂端启裂区孔洞核形状、聚‘合方式的试分析，结合常规破坏试验结果与应力场的计算，得：随试件塑性变形从小向大的改变，材料中孔形状由球形逐渐变化为椭球形、长条、细形，孔洞横向连接逐渐减弱，纵向、斜方向连接不断增强，断裂也由正拉断逐渐转剪切断，导致材料断裂发生的根本因、是危险点上某应力参数达到了材料的断裂临界
关键词：属断裂；
性变形
中图分类号：（）３４６．４
文献标识码：Ａ
金属材料复合型断裂过，裂端发生不同程度的塑变形，导致该问题的研究较为复杂。长期以来不少学者认为塑性变形引起的塑性伤积累是导致性料断裂的重要因素，有的理论直接塑性应变表达材料韧断的临界条件，也有把塑性变作为响临界孔洞扩张比的重要因素ｎ矗］，但有的理论在解释材料大变形断裂时与试验结果常有较大出入［３“］。文考了Ｉ。Ｙ１２铝、ＨＹｌｏＯ、ＨＹｌ３０软钢复合断裂试验结果，分析了ＩⅡ型裂端应力维度、主应大小位置与方向的分布变化规律，结合Ｉ。Ｃ９Ｒ铝合金、ＱＴ７００球墨与铸铁的常规破坏试验结果。认为塑性变形的大小将影响内孑Ｌ洞的成核形状与聚合方式，进而影材料断裂机制渐从变到质变的改变，断裂形式由正拉断转为剪断。按照传统理论的思想，对不同形式的断裂，应力场中危险点的位置、断裂方向与影响材料断裂的主要因素则可
收稿日期：２００１一０７—１５
基金项目：西省自然基
作者简介：安民（１９５８
万
方数据同，对建立简单、合
１应力三维
材料一而应状态不同时，材料产的变形将不同，断裂机制也会有所变化。为反映材料受力不同的应力状态情，人们引入了应力状态参数的概念，常用的参数有应三维度Ｒ。与德参数肋，其表达式分
Ｒ。一口。／盯，
（１）
式中：盯。一（盯１＋ｄ２＋盯３）／３；
●－＿＿＿＿＿＿＿－●＿＿＿－＿＿＿＿＿－＿＿＿＿＿＿●＿＿●●Ｈ一●＿＿－＿＿＿＿＿－－＿＿＿＿＿＿－●＿＿●－＿－－●●●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。’＿ｄ＿●●。Ｈ＿＿＿＿＿●●＿●●＿＿＿Ｈ＿＿＿＿●＿●＿１－－●●－一
吼一———————万■——一５
√（仃ｌ一
￣，Ｚ
卢。一塾二卫
（２）‘ｚ’
对几种常见的状态形式Ｒ。与雎
表１不同应力状
表１中面应变拉
Ｏ，巧ｌ一２ｕ仃。
由表１见，当力点应力状态从三向伸单向拉伸、单向压缩、三向压缩逐渐变化时，Ｒ，的代数值从大向变化，有明显的规律，但雎的值不随应力状态规律性变化做合理的变化，因此。相比肠作为反映力点应力状态程度的参数
合理。Ｒ。的代数值可
增刊汤安等：塑性变
２１
力状态度和对变形的约束程度，对特定
体积变形大，形状变
值小，应力状于受压，形状变形较
２三轴应力场
２．１
几种韧性材料的复合裂试验分析对硬铝合金Ｉ。Ｙ１２板材的两种热处理状态的试件，Ｉ。Ｙ１２ｃｚ为淬火、自然时状态，Ｉ。Ｙ１２一Ｍ为退火状态，利用紧凑拉剪件进行的复合型断裂实验心］，对不载阶的试件断口及剖面分析表明：Ｉ。Ｙ１２一ＣＺ材料，启裂点位于裂端钝化变形区，断裂机制以孔洞的成核、扩张与聚为主导，随复增加，开裂方向由ｏ。变化到６４．５。。Ｉ。Ｙ１２Ｍ材料，启裂位于裂端钝变形区，随复合比增大，断面上剪切断裂区增加，断裂机制也逐步变化，Ｉ型以孑Ｌ洞扩展为主导，Ｉ一Ⅱ复合型为洞展、剪切失稳各占一定比例混合型裂，Ⅱ型时剪切断裂为主导，开裂方向为一２１。，Ⅱ型式样断口分表，启裂前启裂区前方已有数量的空洞形核，但在剪切断裂过程中，孔洞的扩张程度极
对ＨＹｌｏｏ、ＨＹｌ３０软钢用四点弯曲式样所进行复合型裂试验表明［３“］，Ｉ型时启裂以呈剪断机制，启裂点在钝化裂尖，开裂方向与原裂纹夹角４５。，随复合比变化，启裂位由端钝化区转向锐化区，Ⅱ型时启裂点位于锐化裂尖，开裂向与原裂纹方一致，断裂路径有刮痕出现、并成核孔洞存在，断裂形式为整体剪切断
由应力场算得知，从Ｉ型Ⅱ型变化过程中，随复合比的增大，端附近应力三维度最大值处方位从ｏ。逐渐变化到～９９。，始终处在裂端
区，其上盯…的作用面也
这与试验测得的Ｉ。Ｙ１２一ＣＺ材料开裂角变化规律符合。Ⅱ型时应力维度最大处的最大剪应力作用面方向为一２０．２。，这也与Ｉ。Ｙ１２一Ｍ材料在Ⅱ时的开裂方向相一致。接近Ⅱ时裂锐化区上，Ｍｉｓｅｓ等效应力最大值点上最大剪应力面方向从１１。渐变到ｏ。，这与ＨＹｌＯＯ接近Ⅱ型时的开裂方向变化规律也非常符
２．２
Ｉ。Ｃ９Ｒ材料
一般铝合金材料在
显的颈缩，断口呈杯口
万
方数据为剪。而Ｉ。Ｃ９Ｒ材料在拉伸破坏试验中，试样断裂前没有显的缩象发生，断裂面与轴线呈４５。的斜截面，即最大剪应力作用面，断为剪切断裂，断面宏观上较为粗糙，电镜分析可现粗糙的断面上有许多孔洞存在。在扭破坏验中，试样发生较多的塑性变形后沿横面剪断，断面宏观上平齐，并洞存在。在压缩破坏验中，试样发生大的塑性变形后，沿４５。斜截面剪断，断面光滑有明显的刮痕，也无孔洞存
试件单向伸时，应力场三维度为１／３，测得的平均剪切断裂应ｒ６—２９０ＭＰａ。扭转时，应力场应力三维度值为零，测
４２０
ＭＰａ（按
缩时应力场力三维度为一１／３，测得剪切断裂应力％＝４１２ＭＰａ。比较说明，应力应力三维度高时，断裂过程材料中有孔洞产生，受洞存在的影响，材料断裂时剪应力极限值较低口３；应力三维度较低时，由于塑性变形较，断过程中孔洞不易形成，当不存在孔洞响时，断裂剪应力极限值较高。扭转与压缩两种受形式下，均无孔洞影响时、断裂剪应力极值接近一致。２．３材料在压缩时的塑性变形与
对ＨＴｌ５０、ＨＴ２００、ＨＴ２５０铸铁、ＱＴ７００一２球墨铸铁和Ｉ，Ｃ９Ｒ铝合金等材料进行压缩破坏实验，分析表明以上料在压缩时均生剪断裂，断裂面方向均为危险点上最剪应力方向［５］。对以上材料压缩过程，在试已有大塑性变形、但尚未断裂时，从任意载荷点载后、再对试件进行二次加载，结果表明材料的原有抗压强度不会降低。现有伤断裂的研究中，变形常被认作是引起材料损伤的重因素，但在以上几种材料压缩试验中，果在件塑性形过程中、材料内有损伤形成，则试件承受二次加时、抗压强度应该降低，所可以认为塑性变形过程中，并没有在材料内引发损伤。料断裂损伤过程是，当应力参数达临界值、在材料中引孔的扩张与聚合或使局部剪切带产生并扩展，进而导致材料快裂，应力状参量是影响材料断主要因素，而塑性变形则是影响改变材料断裂机理的主要因素。３
（１）料的断质，习惯上分为脆性断
延性断裂，一般讲脆性
２２
机械科学与技术
第２０卷
料在常规拉伸试验时的力学行为。实际中，同材料在受不同载荷状态下，应力三维度取不同值时，材料内的变形将不同，材料断裂性质也生变，并且这一变化逐渐从量变到质变。例如灰铸铁ＨＴ２５０，单拉断裂时为典脆断，宏观上有塑性变形产生，扭转则会产生明显的塑变形，单压断裂过程产生较多的塑性变形，且断裂形式转化为剪断。对种材，存在某一应力三临界值，当危险点上应力三维度大该临界值时，断裂机制为Ｌ洞的扩张、合所导，观断面与断裂区最大拉应力相垂直，被许多研究者为正拉断；当危险点应三度小于该临界值时，断裂机制为局部剪切带的扩展所主，观断面为最大剪应力作用面，称剪断。理、准解理断可均为正拉断，而延性断裂则覆盖广泛，有正拉断，有剪断，或者皆包含，如Ｉ。Ｙ１２一Ｃｚ料，受Ｉ一Ⅱ复合型载荷时，式样中部为正拉断，接近表面时为剪
（２）材料性质，或者所受应力状的应力三维度值不同，在加载时都直接表现出产生的塑性变将不同。性形的大小将影响材料内孔的成核形状与聚合方式，Ｉ。Ｙ１２ＣＺ、Ｉ。Ｙ１２一Ｍ材料的复合型裂过程表明，当材料断裂过程中塑性变形由少向多发生变化时，孔洞的成状也由球形逐渐变化为椭形、长条形、细长，孔洞间纵向连接、斜方向连接以不断增多。塑性变形的一步增大，则出横向断面方向的孔洞基本不扩展（Ⅱ型时Ｉ。Ｙ１２～Ｍ材料的剪断），断裂较少有孔成核（Ⅱ型时ＨＹｌ００、ＨＹｌ３０材料的剪）。对Ｉ。Ｃ９Ｒ材料拉、扭、压常规断裂试验时的分析，也符合以上认
（３）现有的材料断裂理，由于人为作用分为传统强度理论和断裂力学论。在统裂强度理论中，强讨论受力结构应力场中险点的位置，讨论危险点上影响材断裂的主要因素和断裂方向。在现有断裂力学理论中，用应力一应变场的某一场强量（如Ｋ、，）为裂纹裂的控制参数。但场强量，不能指明材料裂危险点，也不能说明断裂方向，临界值往往敏感于应力态［６３；而且以往的断裂力学试验研究中，把察到的裂纹启裂方向认作是启裂点与裂尖的连线方向，其
万
方数据是用裂点的位置（向）代替了开裂方向，也混淆了两个同的概。同时以上几种材的复合型断裂试验结果表明，裂纹的启裂问题，用统强度理论危险点（启裂点）、断裂方向（启裂向）来认识未尚不可，但随着受力过程材料性变形程度的变化，材料断裂机制也渐发生变化，所以对不同形断裂，其应力场中险点的置、影响材料断裂的主要因素和裂方向则可能不同，在建立断裂判据时应区别对
４
结论
受应力三维值大小的不或材料机械性能不同的影响，材料受力过中产生的塑性形多少将不同，这影响着材料内孑Ｌ洞的成核状与聚合方向，进而影响材料断裂机制发生。应力状态参量是影响材料断裂主要素，而塑性变形则是影响改变材料断裂机理的主要因素。对不物理机制的断裂形，应照传统强度理论的思想，确定应的断裂危险点、断裂方向与具体的影响参
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ｔｈｅＤｕｃｔｉｌｅＦｒａｃｔｕｒｅｏｆＶｏｉｄｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．
Ｉｎｔ．Ｊ．Ｆｒａｃｔ，１９７８，１４（４）：３４７～３６５
（下转第２６页）
２６
机械科学与技术
第２０卷
５讨论
以上研究了编织ＣＭＣ复合材料的界面裂纹
扩展问题界面断裂韧
式的演算和断裂路径的规化，使理论分析与实验图片的断裂状况相吻合，并出了编织ＣＭＣ的能量释放率Ｇ的表达式。有关自由常数Ａ的确定方法，要根据具体情况而
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Ｔｅｓｔ
Ｓｐｅｃｉｍｅｎ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｗｅａｋｅｎｅｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｂｅｔｗｅｅｎｆｉｂｅｒ
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Ｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ
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ｆｒａｃｔｕｒｅ
ｓｈａｐｅｏｆｂｒａｉｄｅｄＣＭＣ’ｓｓｐｅｃｉｍｅｎ，
ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ
ｒｅｓｏｌｖｅｓ
ｂｒａｉｄｅｄ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｎ
ｔｈｅｔｈｅｏｒｖｏｆ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｆｒａｃｔｕｒｅ，
ａｔ
ｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｓｔｕｄｉｅｓ
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ｃｒａｃｋｅｘｔｅｎｓｉｏｎ
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Ｂｒａｉｄｅｄ
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Ｆｒａｃｔｕｒｅ
ｐａｔｈ；
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ｒｅｌｅａｓｅ
ｒａｔｅ；Ｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ
（上接第２２页）
ＴｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅ
ｏｆ
ＰＩａｓｔｉｃ
Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ
ｏｎ
Ｆｒａｃｔｕｒｅ
ＭｏｄｅｓｏｆＤｕｃｔｉｌｅＭａｔｅｒｉａｌ
ＴＡＮＧＡｎ—ｍｊｎ，Ｉ，ＩＵＺｅ—ｍｊｎｇ
（Ｘｉ’ａｎＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎ０１０９ｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅ
ｓｈａｐｅｏｆｔｈｅ
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ａｎｄ
ｔｈｅ
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ｗｉｌｌ
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ａｎｄ
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ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｗｉｌｌｂｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｃｅａｓｅｌｅｓｓｌｙ，ａｎｄｔｈｅｓｔｙｌｅｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｗｉｌｌｖａｒｙ
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塑性变形对金属
作者：作者位：刊名：英文
汤安民， 刘泽明
西安理工大学,
机械科学与技术
MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY2001，20(z1)0次
参考文献(7条)
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相似文献(1条)
1.会议论文 安民. 刘泽明
通过对不同属材料在平复合载荷形式下,裂端启裂区孔洞成形状、聚方式的试验分,结合常规破坏试验结果与应力场的计算,得出:试件塑性变形从小向大的改变,材料中孔洞状由球形逐渐变化为椭球形、长条形、细长、孔洞横向连接逐渐减弱,纵向、方向连接不断增强,断裂形由正拉断逐渐转为切断,导致材料断裂发生的根本因素、是危险点上某应力参数达到了材料的断裂临界
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下载时间：2010年10月27日
几种金属材料断裂形式变化规律的试验分析
第 4 汤安民等: 几种金属材
()2 R Ρ = Ρm Ρe ?
其中 为
对几常见的应力状态形式 值的计见表 1, 表 1 中平面应拉的应力状态为:R Ρ ΛΡ = = > 0, = 2; 平面应变压的应力状态
表 1 不同应力状态下的 与 值R Ρ ΛΡ
平面应变 双向等拉 单向拉伸 纯切 单向压缩 双向等压 平面应变
R Ρ 2. 61 0. 67 0. 33 0. 0 - 0. 33 - 0. 67 - 2. 61 1. 0 1. 0 - 1. 0 0. 0 1. 0 - 1. 0 - 1. 0 ΛΡ
表 1 可见, 当受点应力状态从三向拉伸向单向拉伸、单向压缩、三向压缩渐变化时, R Ρ 的代数值从大向小变化, 有明
力状态程度参数 比 更为合理. 的代数值可以综反映应力场中的
对材变形的约束程度, 对特定材料, 在一定范围内, 应力三度值大, 应力状态偏于受拉状 态, 体积增大变形较大, 形变形较小, 材料于拉断; 应力三维度, 应力状态偏于受压状 态, 形状变形较, 会有较大的塑性变形产生, 材料易
2 试验方法
1, 2 大多数中、低强度韧性材料在不同力条件下, 可以截然不同的方式断裂, 拉应
用起材料分离而致的孔洞扩展与塑性应变作用导致滑移变形均对断裂过起着重要影响. 了解不同韧性材料, 在不同状态下断裂形式的变化规律, 文分析了 L C 9R
( )( 35CRM OA 钢的常规断裂试验, 分析了硬铝 L Y 122C Z 淬火自然时效状态、L Y 122M 退火状 ) 态材料在不同受力形式下的断试
拉伸试件为滑圆棒, 采用2200 电子万能试机进行拉伸试
于 9、122材料, 在单向拉伸时, 断口为与拉伸轴 45?方的斜断断口, 其断裂形式L C RL Y C Z 是剪切断裂. 对于 35CRM OA 、L Y 122M 材料, 在单向拉伸时, 载荷到达度载荷时, 试件上局 部区域发生缩, 从而改变了该区域应力状态, 在缩区的材料, 心部受三向拉伸, 周受二 向拉伸, 试件断口为杯锥形, 心断口形貌呈颗粒状, 为拉断所致, 周边断口形貌呈纤维状, 剪断所
扭转试件也光滑圆棒, 采用 250 扭力试验
力下, 试均沿横截面发生剪断. 压缩试件为光滑
压缩验, 9、2料, 试件沿与压力轴向成 45方向发生剪?断, 35、21212L C RCRM OA L Y C Z L Y 材料, 试件被
利用紧凑拉平面应变试件 ( 图 1) 的复合型裂力学试验,
5 在不同三轴应力状态下启裂点与启方向, 结果表明, 随复合比从I 型向? 型的变化, L Y 122C Z 材料, 启裂点从裂端正前方逐渐移到裂端下方, 启裂方 0?逐渐改变为- 64. 5?, 断裂形式始终以正拉断为主导, 孔洞的扩张、聚合为其主要断裂机制. L Y 122M 料,
() 442 实 验 力 学 2003 年第 18
合比变化, 断裂形
转变成以剪为主导, 启裂点仍从裂端正前方 逐渐转移到裂
- 38?, 又从- 38转向?- 21,? 在近? 型与? 型
洞扩
3 结果与分析
由 B r idgm an 光滑拉伸试件应力状态公式,
在
())3 图 1 紧凑拉剪试件及拉伸卡头 (R Ρ = 13 + ln 1 + D 4Θ ??
( ) 是小截面的瞬时直径. 从式 3可知试件无明显颈缩
之前 R Ρ 为 0. 33, 当颈缩出现后, 随该部位曲半径逐渐减小, 颈缩截面心部 R Ρ 逐渐增大; 对 于 35、2材料, 根据验及式 (3) , 颈截面心部 值大于 1. 05. 扭转破
试件上 为 0, 压缩时试件上
文献5 对紧凑拉剪复合型面应变断裂试件的应力场作了详细分, 裂尖附近应力三维 度的最大值 和所在方位 以及该处最拉应力作用面方向 算结果见表 2, 凑R Ρm ax Η0 Α0 Β 拉剪平面应变试件载荷方向与裂纹平面
表 2 不同复合比下裂端 极值与方、其上 作
()Β ?? 90 70 60 45 30 20 10 0
R Ρm ax 2. 61 2. 33 1. 90 1. 36 1. 04 0. 9 0. 8 0. 72
?()?Η0 0 - 34 - 45 - 60 - 73 - 81 - 90 - 99
?()?Α0 0 - 31. 6 - 41. 3 - 49. 4 - 55. 7 - 59. 4 - 62. 5 - 65. 2
对于 L Y 122C Z 材料, 从单向压到纯剪、单向拉伸, 应力状态参数 R Ρ 从- 0. 33 逐渐增加 为 0. 33, 试件断裂形式均为剪切断, 断裂面方向为试件上最应力方向, 在复杂三轴力 时, 危险点的应力状态参 从 0. 72 变化到 2. 61, 试件断裂形式均为正拉断, 断裂面方向
5 点上最大拉应力方向. 9材料, 随应力态参数 改变, 断裂形变化与 122L C R R Ρ L Y C Z 相近. 122材料, 在相同受力下断裂过程中产生的塑性变形明显大于 2当应力状 12, L Y M L Y C Z参数 R Ρ 大于 1. 0 时, 料断裂形式为正拉断; R Ρ 于 0. 9 时, 材断形式为剪断. 35CRM OA 材料, 当 R Ρ 大于 1. 05 时, 材料断裂形式为正拉断; 当 R Ρ 小于 1. 0 , 材料断
式为剪断.
以上材料不受力条件下的断裂结果表明, 应状态参数 与
形式变化主要因素, 相同应力状态下, 不同材料的断形式可能不同; 相同材料, 不同应力状 下断裂形式也可能不同. 对上述几种材料, 随应力状态参 由高向低改变, 依次出现以下R Ρ 断裂形式: 正拉断, 孔洞响剪断, 无孔洞影的剪断. 材料, 拉伸试件 图 2a 为 35CRM OA 颈缩心部正拉断电镜像, 细观上孔洞间扩张、聚合有一定随机性, 但从较大区域察, 孔
第 4 汤安民等: 几种金属材
横向聚合为导, 宏观上断裂面与最大拉应力作用面重; L Y 122C Z 材料, 在不同复合比
5 制与此类似. 图 2b 为 35CRM OA 材料, 伸试件缩部位周边剪断断口电镜图像, 孔 洞间韧带剪脱开主导材料断裂, 各韧带剪切脱开方向基本一致, 断裂面与最大剪应力作面 方向相同; 122材料, 在? 型载荷下发生的断机制与此类似. 图 2为 35材, L Y M c CRM OA 扭转件断电镜图像, 材料纯剪力下产生的大塑形已阻碍了孔洞成核与扩张, 洞 不再是响材断裂的重要因素, 剪切带的扩展主导材料剪断; 9材料, 在纯剪、单压
下发生的断裂制与此类似, 文献2 中 软钢, 在? 型载荷下
似.
图 2 35CRM OA 材三种断裂形式的断口 SEM
4 讨论
() 1结构受力载荷达到一定程度时, 在材料内缺陷处产生损伤, 各损处的局部变形、 时成为材料的主要变形. 当应态参数 较高时, 损伤处局部
张较大为材料内断裂危险点, 当孔扩张程度大, 相邻孔洞易于聚合时, 发生的断裂形式 为正拉断; 当孔洞扩张程度小、不易聚合时, 材料裂以孔洞间韧带剪切脱开为主导, 断形式 为受孔洞影响的剪断. 当力状态参数较低, 材料不易成孔洞, 损伤处局部大塑性形, 在材料内产生剪切带, 切带扩展较大处为断裂危险点, 剪切带扩展导致材料快速断, 断
形
(2) 对金属材料存在应力状态参 的分界值 、, 当危险点上 > , 材料断形 R Ρ R 1R 2 R ΡR 1 式为正断, 当危险点上 > > 时, 材断裂形式为受孔洞影响的剪, 当危险点上 R 1 R ΡR 2 R Ρ < ,="" 材断裂形式为不受孔洞影响的剪断.="" 文献="" 6="">
条件, 也可推广到无裂纹体, 断裂条件经验公式可简写为:
)(Ρ > R 1 R () Ρ1 + b1 Ρ2 + Ρ3 = c1
() ()Ρi, j = b2R Ρ = (R > R > R ) 4 Σm ax + 1 Ρ 2 f c2 (R < r="" )σ="cΡ" 2="" m="" ax="" 3="">
式中 b1、b2 为影系数, c1、c2、c3 为不同式断裂的临界值, R 1、R 2 为 R Ρ 分界值, 它们的值应该 6, 7 ( ) 具体材料相应断裂形式的试验结果来确定, 4的广泛适用性还有待进一步的实验
5 结论
受材料特与应力状态参数变化的影响, 属材料断裂机有规律地发生变化, 随
() 444 实 验 力 学 2003 年第 18
向低变, 断裂机理从孔洞扩张、聚合为主导, 向局部剪切带产生、发展为主导转化, 材可 能依次发生正拉断、有孔洞影响的剪断、无孔洞影响的剪断种断裂形式. 材料发生不同形 式裂时, 其断裂危险点与断裂条件
本文的试分析工作得到了西北工业大学张克教授的指导与助, 谨表谢意. 参考文
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(, ′′, 710048, ) D ep a r tm en t o f E ng inee r ing M ech an ic sX ian U n ive r sity of T ech no lo gyX ian C h ina
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, . t io n a l de st ru c t ive te stth e f rac tu re m o de s fo r d iffe ren t m a te r ia ls a re an a lyzedT h e re su lt show s th a t u n de r d iffe ren t lo ad in g co n d it io n th e f rac tu re m ech an ism o f m a te r ia ls m ay ch an ge f rom th e exp an sio n an d co a le sc in g o f cav ity to th e em e rgen ce an d exp an d in g o f lo ca l sh ea r
, zo n ean d th e f rac tu re m o de s an d f rac tu re co n d it io n s a re a lso ch an ged a lo n g w ith th e st re ss
. , co n d it io n p a ram e te r T h ro u gh th e an a ly sis o f te st re su lt s an d st re ss f ie ld sth e ch an ge o f R Ρ
′m e ta l m a te r ia lsdu c t ile f rac tu re m o de w ith d iffe ren t st re ss co n d it io n p a ram e te r s a re d is2
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: 2; ; ; Key word sst re ss t r iax ic ityf rac tu re m ech an ism t rac t io n f rac tu resh ea r b reak
关于金属材料的几种断裂形式和实用判据
第,,增刊 材 料 究 学 报 ,,,(,, ,,,,,( , , , ,年,月 ,,，,,,, ,,,,,,, ,, ,,,,,，,,, ,,,,,,,, ,,, , , , , 关于属材的几种断裂形式和实用判据 李智慧 汤安民赵蕾 (西安理工大学工程力学系西安,,,,,,) 摘要 因为以,准和,准则为基础的奇异裂理论缺少客观物理基础，也不能解释许多韧性材料的裂试验结果，本文 考察了几种韧性材复合型断裂试验过程，研究了不同物理机制断裂形式的变化规律(结表明，金属材料在不同受力形式下随 应力维度从大向小变，材料可能依次发生解理断裂、孔洞正断、孔洞剪断和塑性剪断等种形式的断裂，料的断危点 与断裂条件也随之发生变化(这些结果为依据，对不同机理的断裂分别建立断裂准(用新的准则，对一般结构可分不同断 裂形式，进行强计(对裂纹断裂问题，给出了假定计算方法，使得断裂判据用上，既避免了异性理论物理基础上的缺 陷，又简化了端附近实应力数学求解上的困难( 关键词 材料科基础科，力三维度，断裂
,,,,,,) 木,,,,,,,, ,, ,,,;,,,,,,,，,,’,,
,,,,, ,,,,,,, ,;,,,;, ,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,, ,,,,,,;, ,,(,,,,,,,( ,,,,,;,,,, ,,;,,,,, ,,,, ,,，,,,,;,, ,,,,,,, ,,,, ,,,,,, ,,，,,,,( 料,, ,,,, ;,,,,,,,,,,,;, ,,,,,, ,, ,,,,,,,,,，,,,:(,,,),,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(;, ,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,;,,,, ,,,,,, ,,,,, ,, , ,,, , ;,,,,,,,, ，,;,,, ,,,,,;,, ,,,,,,,,,,(,,, ,,,, ,,,,, ,,,,,,, ,, ,,;,,,, ,,,,,,,， ;,,’, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,， ,,,;,,,, ;,,,,,,,(，, ,,,, ,,,,;,,(,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,;,,,,,, ,, ,,,,, ,,,, ,,,;,,,, ,, ,,,,,,， ,,;,,,, ,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,。 ,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,,;,,,, ;,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,;,,,,,, ,,,, ,,;,,,,,,,(,,, ,,,,,, ,,,,, ,,,, ,,,, ,,,, ,,,;,,, ,,,,,,, ,,,, ,,,,, ,, ,,,,,，,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,, ,,,, ,,,;,,,, ,,,,, ,,,, ;,,,,,,, ,,,;,,,,， ,,,;,,,, ,,,;,,,,。,,,,, ,,,;,,,, ,,,,;,,, ,, ,,,, ,,, ,,,,,,; ,,,,, ,,,;,,,, ,, ,,,,(,,, ,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,
,,,;,,,, ;,,,,,,,,, ;,,,,, ,,,,, ,,,, ,,(,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,，,,,,,,,,,,, ,,,;,,,, ;,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,;,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,(,,, ,,,,,， ,,,,;,,,,,(,,,,,,,, ;,,;,,,,,,, ;,, ,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,;,,,, ,,,,, ,, ,,,, ,,, ;,,,,,,,,;,,, ,,, ,,,;,,,, ,,,,,,,, ,, ;,,;,,, ,,,,,,,,，,,, ,,,;,,;,, ;,,,,,,,,,, ,,,,,, ,,, ,,,,,,,,，,,,;, ,,,,,,, ,,, ,,,,, ,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,, ,, ,,,,,;,, ,,,, ,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,;,,,, ,, ,,,, ,,,,,, ,,,, ,,, ;,,;, ,,,，,,, ,,,,,,
,,, ,,,,,;,,,,,( ， ,,, , ;,,,,,,,,;, ,,
,,,,, ,,,,,,,,,,,， ,,,;,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,;,,,;,(,,,,,, ,,,,,,,;,,,，,,,;,,,, ,,;,,,,,,， ,,,;,,,, ;,,,,,,,, 现代断裂学对金属材料裂纹体断裂提出的准 在的，从裂纹顶必然发生钝和应力应变有界则，常见的有三种不同的分析方法(其一，从应力应 这两个客观事实出发，许多学者认为以上奇异性理论场的异项着手，，,,,,和,,,理论是其;其 不应为论裂纹体断裂准础【,,,】(其三，从二，从能量分析着手，,,,,,,,,,,,,,,,理论是其代表( 临界应力特征量出发，,,,提出的印和,论是代这两种理论给出裂纹断裂准则与传统强度理论有 表，这种危险点临界应力参量建立准的分析方法，着本质区别(但是，由于数学上的尖裂纹在自界是 于与材料细观断裂机制联系，也与传统强度理论 思想接近,,,(近期国外关于裂纹体与无裂不同裂‘陕西省自然科基金(,,,,,,,)资助项目( 形的试验研究已经受多关注,,,,】(本文深入 ,,,,年,月,,日收到初稿;,,,,年,月,,日收到修改稿 究第论，并与金属组织结构、机械性能相联系， 本文联系人:安民 使裂体与无裂纹断裂问得到统一分(理论上， 增刊 李智慧等:关于金属材料的几种断裂式和实用判 ,,,从材料的细观组织，建立一种新的以非奇异理论 对于,,,,一,,淬火及,,,,一,火这两种材基础、适应金属材料不同机理的断裂形式的宏观双 料，凑拉剪平应变复合断裂实验结果表明,,,】，参数准则;在应用上，则采用假定的实用计算方法处 对于,,,,,,，随着合比从，型向,型变化，材理这种具有复杂应力集中现象的断裂问题( 断裂形式始终以正拉断为主导，启裂点从裂端前 方转移到裂下方，，型启裂方向为,。，?型为一 ,应三维度断判据 ,,(,。(对于,,,,一,，随着复合比变化，材的断 在早的断裂力学研究中，对于一般力条件 裂机制从孔洞正断，逐步改变为孔洞影响的部剪切下三个独立的甄如何组合才决定着裂纹体断裂， 带扩展为主导，启点仍从裂端正前方逐渐转移到裂,,,提出了最大周向拉应力理(,,,准则)(这一理 端下方，，型启裂方向为,,，?型
,,,，，一?，方便于平面问题【,,(随后,,,又出最小 复合型时随复合比化，启裂方向从,。发展到,应变能密度因子理(,准则)，方便于解决一三 ,,。，断口形式以正断为主，随后启裂方向又从一,,,问题【,,,(在物理上，应变能度最小的地方，应该是 转向一,,。，断口式剪断为主(最稳定的;而应能密度最大处则有多的量可释 ,,,,,钢四点弯曲试样复合型断裂实验结表放易开裂,在回答这一问题，,,,指出裂应变 明〔,,，,,】，，型加载时，启裂点在钝化裂尖，启裂方向与能密度最小，往往是形变能密度较小处、体变能密 原裂纹夹角,,。，呈现断机制;随复合比变化，启度较处，该是材料脆性断裂的启裂点(,,;,认同 裂置由裂尖钝化区转化区，在风。,,,,,和,,。以上思想，定义了力的表达，月，,仃硫,盯。， 的近，型试验时，启裂角分别为,,,和,,。;纯，，型进一步提出复合型裂纹启沿端应力三维度最大 加载，启裂点位于锐化裂尖，启裂方向与原裂纹方值方向【,,】(是，这理论，型实验符合较好，而 一致，断裂路径有刮痕出现，无成核空穴存在，断裂与，，型实验不相合【,,】( 式为塑性剪断( 。 根材料的细观断裂机理，,,,和,,;,的思想 以上结果表明，复合比、试样厚度和材的力认识并有错，问题出在长期以来人们对裂纹裂方 学能对试样的断裂式都有影响( 对于,,,,,向的认识(以往研金属材料的复合型断裂，将裂 ,,,,,、,,,,铝合金和,,,,,合金钢，厚度一纹开裂方向认为启点与裂尖的连方向，混了 时，试样的断裂形式随复比的变化而变化;对于启裂点位置和开裂方两个不同的概念，造成许多 ,,,,,,,,,,铝合金，试的断裂形式随着厚度的试验结果无法解释(若将裂纹裂理解为启裂点 化而规律性地变化;复合比及试样厚度相同时，不同(危险点)上材的断方向，即关于试件裂纹开裂 材料其断形式亦不(其影响的本质在，复合比的方向，考虑两个面:一是启裂点在尖半径为, 和厚度同，应力状态不(随着应力状态从向拉圆周上什么位置，二是裂纹沿启裂点上方向裂 伸、两向伸、单向拉伸逐渐向压缩过渡，应力三维开，则大量验结果能得到合解释【”】( 度递减，材料的断裂形也从解理(准解理)断裂、 , 孔洞正断逐渐转变为孔洞剪、塑性剪断( 几种金材料的复合型裂实验和结果分 , 应力三维度准则实用计算方 ‘ 具有不同厚度,,,,,,,,,,铝合金样的，,，，复合型实验结果表明〔,,，,,】，,, ,,的试样在，型载 对于以上几种材料的断规律，结合文献【,,〕分荷占主导时为穿晶脆性断裂，在，，型载荷占导时 析了应三维度场(结果表叽对于孔洞正断形式，为有韧窝影响的正断(厚度为, ,,的薄试样在，型 险点(启裂点)位于材料中应力三维度如有极大载荷占导时为有韧窝响正断，在，，型荷占主 值处，断裂方向为其上最大拉应力用面方向;对于导时为剪切断裂(复合比和厚度不的情况下，试 孔洞断，危险点也位于应力三维度忍极大处，件口总是包含正断区与剪断区(以厚为, ,,,,,的 断裂方向为其上最大剪力作用面方向;对于塑性剪试样为例，在近，型时正断为主，剪断区是靠近表面 断，危险点则位于材料中形变能极值处，断裂方向的斜,,,剪切唇;在近，，型时口上剪断为主，剪断 为危险点上最大剪应力用面方向(宏观断裂判据方向为一,,,
,,, (,，,,,)(,) ,(,,,,), ,(,,,，,,仃,,,, (,,?,，?,,)(,) (,) ,,,,, , ;, (岛,,,)(;) ,,, 材料研 究学 报 ,,卷 (,)式是从材料细观组织断裂机理出发建立的断 ),哥(,)、(,)、(,)式中的主应力代入式(,)，确裂，用于无裂体时，是对传统断强度理论的 应力维函数(补充;于裂纹体时，是一种新的以非奇异理论为 于平面应变情况， 如,掣,以,,,,),，,,,,,罢(,)础、适应金属材料不同断裂形式的断裂判据( 在目前非奇异断理论的研究中，对具体结构采用钝化裂纹模型(从塑分析角度，求解边界条件 对于平面应力情况，以处理，很难得到裂端塑性区内的应力解(因此对于裂体，尚不能使用(,)式的真实应力解解决际问，仍须对已有断裂理论继，对已断裂 ,，,,,,，,,,,,罢 (,)准则存在问题进行分析(而对,场、,,,场的应力 将,,,,，所,,,;和,,,,，,，,,;代入(,)，分析，对已有材料,，;、,;的大量试验数据以 (,)、(,)式，再代入式(,)得:使用( 关于孔洞正断问题，裂纹初始扩展启裂点位置为 ,，;，(,，;，,,,,;),,,丽,, (,)裂尖半径为,的圆周上应力三维度取极大值处，开裂 ,;，,,;,以磊，; (,,)方向为该处大拉应力作用面方向，当启裂点上的 由式(,)、(,,)可出断函数达到某一极限值时裂纹就失稳扩展，(,)式中的(,)可写为: (,,) ,,万,;两,,,，,瓦 等,,’祭,,，，一眈，仍),，;(,) 厮丘,而,矸,,丽;,,面; (,,) 在工程中，用料力学的假定计算方法较好地 于是，该断判据可表达为决了联接件复杂的触应力强度问题，这一方法也用于具有复杂应力集中象的裂纹体断裂问题(如 盯,， ， , 。,，,,;,(，‘，一,,,),,,,;(。仃,，,,。),果对正断为的断裂问题仍然用数学尖裂纹模型，使(,)为其判据，则式左用,场进行计算，式右用与硒;关的试验数据(同时，许多实验结果表 乖,面,,;雨,;而;砑 ,,,,,,〔所;(,，,，,)一托】 (,,) 、,明，在三轴拉伸情下韧性材料呈现脆性破坏(因此， 断裂试件的极限,值与厚度的关系一曲线，单对于正机制的断裂可以采用学尖裂纹模型(这就 参数断裂准则只考虑了单一应力状态情况，不能反映避免了裂纹端塑性变形的严限制，同时也保了 这一变化(上述准使用了两个数,和，;，用线性以尖裂模型为基础的线弹性及断裂韧性测定用 关系近似地代替了上述曲线关系(图,)(它了材于韧性材判据有效( 料的断裂理，在塑性变形较的孔洞正断范围内， 该强度准则可适应于不同应状态下的断裂问( (,)式中的两个参数,与丘均为材料常数，用材料发生洞正断时两个不同应力状态的断力学实验确定(以平面问题的纯，型裂纹为例，裂纹尖附近应力场的主应分量解析式为 一羔,,,，侮拥) 叽,丽 ，、,互,,, 铂,孺,、?,五一,互,,,, ;,,,(;,,一序砌) (,) ‰ 观,,，(盯,，,,,) 忍:垒 , ,,其中，‰,(,,,，,”,，?),,，,”,, 图,试件断裂厚度的关系击讥再瓦丹币,司耳丽,砰( ,,,(, ,,, ,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,;,,,,, ,,, ,,,;,,,, 增刊 李智慧:关于金属材料的几种断裂形式和实用判据 ,,, 但是对一些中强度材料，其,;比,,;值高 了假定计算方法，得断裂判据使上，
,倍(这可能是在试件坏过程中产生了较大的塑 奇异性理论物理基础上的缺陷，又简化了端附近真性变形，导致料在平面应力和面应变状态下发生 应力在数学求解上的困难，也为实际应计算带来了不同类型的断裂(在?智榭
耍愫停暌眩侵?方便(直接代入(因为时可是材的两不同断裂 。 参考文形式(存在些问题的根本因在于，传统的标测 , ,,, ,,,,,,,，,,, ,,,, ,, ,,,;,,,, ,,,,,,，(,,,,,,,，,,,试方法试件尺寸要求可能是不合理的( ,,,,, ,, ,;,,,;,，,,,,),(,,, (范天佑，裂理论基础，(北京，科学出版社，,,,,),(,,, ,对相问题的几点认识 , ,,,,, ,,,,,？,,,，,,,, ,,，,,,,, ,,,,,，,,, ,,;? ,,,, ,,,,,, ,, ,,,,,, ,, ,,,,,,,;,,,,;, ,,, ,,, ,,,,,;,, ,)现有的断学准则，以奇异性理为础， ,,,,,, ,,,,,,;,，(,,,,,,,，,,,,,,,, ,,,,,,, ，,,,,,,, ,,,,,，应力强度因子,值，,积分,值，都以示裂纹端部 ,,,,),(,,应力场奇异性强弱与断裂物义联系(在客观 (郑长卿，周利，张克实，金属韧性破坏的细观力学及其应用研实际中，奇异性应力是不存在的，端应力值都是 究(北，国防工业出版社，,,,,),(,, , ,(,(,,;,,,,,,，,(,,,,(,,;,(，,,，,,,,(,,,,) ?有界的，,准则，,则也就没有真实的物理基础(但 , ,,,, ,,,，,,， ,,,,,,，,,,, ,,,,,,，,,,,,,,,,,化裂纹尖端近真应力在数学求上很困，使 ,,,;,,,, ,,;,,,,;,(,,,,,,,，,,, ,,,,, ,, ,,,,,,,, ,,,用,场、,纯理论应力解做数学假计算，则为判 ,,,,, ，,,,,,,,，,,,,),(,,,据的实际应用计算带来方便( (陈篪，蔡巩，仁智，工程断裂学(北京，国防工业版社， ,,,,),(,,, ,)材料的断裂性质，习惯上分为脆性断和韧性 , ,,,,,,, ,,,，,,,,,,,,,,, ,,,;,,,, ,,;,,,,;,， ,,，断，脆性断裂机理为解理，而韧性断裂机理有准解 ,,,(,,,,)理、孔洞正断、洞剪断和塑性剪断不同类型(因 , ,,,,,,, ,,,，,,,,,, ,,,,,,,;,,，，,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,, ,,;,,,,;,, ,;,,,;,,，,,，,,(,,,,)此将材料的断裂简单划分为脆性和性使用并 , ,(,(,,,,,,,,,,，,(,,,,,,，,(,,,,,,,,，,,,,,,,, ,,,,,方便(不将断裂形式简单分为脆断和韧断，而按其不 ,,, ,, ,,;,,,,;, ,,,,,,,,，,,，,(,,,,)同的细观机制分讨论断裂破条件，则易于将细观 , ,(,(,,,,,,,,，,(,(,,,,，,(,,,,,,;,,,，,,,,,,,, ,;,,,;, ,,, ,,,,,,,,,,,，,,,，,,,(,,,,)机理宏观断裂形式联系，这样建立的判据也有 , ,,,,,,, ,，,,, , ,，,,,,,,, ,, ,,,,; ,,,,,,,,,,,，,,(,)，强的针性( ,,,(,,,,) ,)材料的断裂受材料特性和应力状态
,,,,，,,,，,(,,,,)因影响(对于偏性材料在高应力三维度时出现 ,, ,(,(,,;,，,,,,,,,,,,, ,,,;,,,, ,,;,,,,;,，,,,，,(,,,,)的沿晶、穿等式的脆性断裂，观上断裂向
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