1、1,第三章,冲击韧度：冲击载荷下，材料断裂前单位截面积吸收的能量（外力做的功）冲击吸收功: 冲击载荷下，材料断裂前吸收的能量（外力做的功）低温脆性： 温度低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态的现象。韧脆转变温度：材料有韧性状态转变为脆性状态的温度。韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转变温度的差值。,2,AK：冲击吸收功 AKV(U)：V(U)型缺口试样的冲击吸收功FATT50：结晶区占整个断口面积50%时的温度定义的韧脆转变温度NDT, FTE, TFP,Plastic,Elastic,3,4 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素 低温脆性的物理本质： 影响因素有：1)晶体结构：BCC容易
2、出现低温脆性2)化学成分：固溶强化降低塑性（Mn, Ni） 3)显微组织：晶粒大小金相组织,位错运动随温度降低而困难,4,5 试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。 焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增加材料的脆性，容易发生脆性断裂（落锤试验试样）。6 下列三组试验方法中，请举出每一组中哪种试验方法测得的冷脆温度较高？为什么？ 冷脆温度的高低与试验中试样受力方式有关，容易发生塑性变形的就能够提高冷脆温度。 （1）拉伸和扭转：静载荷下拉伸的软性状态系数大于弯曲大于扭转，因此拉伸和扭转比较时，在拉伸条件下的塑性比扭转低，因此扭转的
3、冷脆温度高。 （2）缺口静弯曲和缺口冲击弯曲：应变速率增加可以提高材料的强度同时降低材料的塑性，因此应变速率的增加有增加材料脆性的倾向，缺口静弯曲的冷脆温度相对较高。 （3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸：缺口试样会导致材料的受力状态改变成两向或者三向，而多向拉伸的软性系数更小，因此缺口试样会使材料变脆的倾向，从而降低冷脆温度,5,7 试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，而另外一些材料则没有？ 宏观上： 微观上：派纳力的主导作用及其对温度的敏感性,6,8 根据韧脆转变温度分析机件脆断失效的优缺点。 缺点：脆性断裂一般断裂时间较短，突发性的断裂，因此在使用时一旦超过屈服强度就会
4、很快断裂 优点：脆性断裂在常温下表现为脆性，因此材料的变形随温度降低时变化不大，这样在交变温度的使用环境下，就不需要考虑材料的冷脆温度,7,第四章1 名词解释低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件 ，中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的断裂。张开型裂纹： 拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹。应力场：应力作用范围应变场：发生应变的试样区域应力场强度因子K： 与位置无关，对应力场各点应力分量有很大影响，能够表示应力场的强弱程度的因子。 “I”表示I型裂纹。,8,小范围屈服： 塑性区的尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小时（小一个数量级以上），这就称为小范围屈服
5、塑性区：发生塑性变形的区域有效屈服应力：裂纹在发生屈服时的应力。与材料屈服应力的区别，在平面应力状态下就是屈服应力，而在平面应变状态下为2.5倍的材料屈服强度有效裂纹长度：塑性变形导致应力松弛，从而使屈服区之外的应力增加，其效果相当于因裂纹长度增加ry后对裂纹尖端应力场的影响，经修正后的裂纹长度即为有效裂纹长度: a+ry。,9,裂纹扩展K（G,J）判据：裂纹在受力时只要满足 K（G,J） KIC（GIC,JIC） ，就会发生脆性断裂.裂纹扩展能量释放率GI：I型裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。 积分：有两种定义或表达式：一是线积分：二是形变功率差。 ：裂纹张开位移判据：当C时，裂纹开始
6、扩展。 韧带：裂纹扩展方向试样没有裂纹的区域,10,2、说明下列断裂韧度指标的意义及其相互关系KIC和KC： KIC为平面应变下裂纹临界或失稳状态的应力场强度因子，称断裂K韧度。 KC为平面应力断裂韧度。 KC KICGIC：材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量JIC：是材料的断裂韧度，表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力。C：张开型裂纹失稳的临界张开位移,平面应力,平面应变,11,3、试述低应力脆断的原因及防止方法。 低应力脆断的原因：机件存在宏观裂纹，从而使其在低于屈服应力的情况发生断裂。 预防措施：将断裂判据用于机件的设计上，在给定裂纹尺寸的情况下，确定机件允许的最大工作应力，或者当机件
7、的工作应力确定后，根据断裂判据确定机件不发生脆性断裂时所允许的最大裂纹尺寸。4、为什么研究裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其它判据？,r=0时=,与实际不符,很小的应力就会失稳,12,5、试述应力场强度因子的意义及典型裂纹的KI表达式 平面应变下裂纹临界或失稳状态的应力场强度因子，K判据。典型裂纹的KI表达式:P69(略)6、试述K判据的意义及用途。 K判据解决了经典的强度理论不能解决存在宏观裂纹为什么会产生低应力脆断的原因。K判据将材料断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸的关系定量地联系起来，可直接用于设计计算，估算裂纹体的最大承载能力、允许的裂纹最大尺寸，以及用于正确选择机件材料、优化工
8、艺等。,13,7、试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素。 原因：机件上由于存在裂纹，在裂纹尖端处产生应力集中，当y趋于材料的屈服应力时，在裂纹尖端处便开始屈服产生塑性变形，从而形成塑性区。 影响塑性区大小的因素：裂纹在厚板中所处的位置，板中心处于平面应变状态，塑性区较小；板表面处于平面应力状态，塑性区较大。但是无论平面应力或平面应变，塑性区宽度总是与（KIC/s)2成正比。,14,8、试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。 影响：裂纹尖端塑性区的存在将会降低裂纹体的刚度，相当于裂纹长度的增加，因而影响应力场和及KI的计算，所以要对KI进行修正。 修正方法：“有效裂纹尺寸”，即以虚拟
9、有效裂纹代替实际裂纹，然后用线弹性理论所得的公式进行计算。 结果：,15,12、试述KIC的测试原理和对试样的要求 原理：先用一定的试样测试出FQ和裂纹长度a值得到一个KQ,如果KQ符合条件就说明测试使用的试样符合条件，如果不符合就换成较大试样重新测试。 试样要求：,16,13、断裂韧度与强度、塑性之间的关系 总的来说，断裂韧度随强度的升高而降低。,14、试述KIC和AKV的异同及其相互之间的关系。 相同点：都可以表示材料抵抗裂纹扩展的能力 不同点：KIC是裂纹失稳而导致材料断裂的临界强度因子。而AKV是V型试样的冲击吸收功。试样的速率不同。 相互关系：一般KIC大的材料其AKV较大,17,1
10、5、试述影响的冶金因素 内因：1、化学成分的影响；2、基体相结构和晶粒大小的影响；3、杂质及第二相的影响；4、显微组织的影响。外因：1、温度；2、应变速率。 16、已讲,18,17、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=1，测试材料的0.2=720MPa ，试估算材料的断裂韧度KIC为多少？解：第一步：是否需要K值修订 /0.2=150/720=0.2080.7 （不用修订） 第二步：材料服役条件和裂纹类型 表面半椭圆裂纹（平面应变）：,第三步：求KI, 材料是否能够安全服役150MPa材料断裂，
11、因此c=150MPa，a=25mm代入可求:KIC=1.1150（3.1425/1000）1/2=46.229（MPa*m1/2）,19,18、有一构件制造时，出现表面半椭圆裂纹，若a=1mm，在工作应力=1000MPa下工作，应该选个什么材料的0.2和KIC配合比较合适？构件材料参数如表,解：1000/0.71429, 即材料的屈服强度在1429MPa以下时KI需要修正 表面半椭圆裂纹（平面应变）：,20,从题中可知，只有1500MPa时不需要修正，但是此时KI=61.6值大于KIC=55，材料不可用其它都需要修正：0.2=1100时代入可得KI=67.860因为只要保证材料能够使用时，材料的屈服强度高点好，所以最合适的为0.2=1300 MPa，KIC=75时的状态,
