疲劳断裂精选33题

一、填空题1、控制材料或者结构断裂的三个主要因素裂纹尺寸和形状、作用应力、材料的断裂韧性。2、断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为：张开型（I型）、滑开型（II型）和撕开型（III型）。3、金属延性断裂韧性测试方法：单试样法和多试样法。4、测试材料延性断裂中的单试样法包括柔度法、载荷分离法、电位法。5、在断裂力学测试中，若应用多试样测试方法，CT试样或SEB试样数量至少需要5个；若应用单试样柔度法，国家测试标准推荐的最低试样数为3个。6、在国家标准中，把三点弯（SEB）试样和紧凑拉伸（CT）试样作为测定K1C的标准试样。7、由于研究的观点和出发点不同，断裂力学分为微观断裂力学和宏观断裂力学。8、疲劳的分类，按照表征参量可以分为应力疲劳和应变疲劳。9、疲劳破坏过程按其发展过程可分为四个阶段，包括裂纹成核阶段、微观裂纹扩展阶段、宏观裂纹扩展阶段和断裂阶段。10、材料总的疲劳寿命N由两部分组成，即裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命。11、可以表征材料断裂韧性度量的力学量主要有ICK、ICG和C。12、常用的计算应力强度因子的方法有积分变换法、有限元法和普遍形式的复变函数法。（任意写出三种即可）13、按照破坏循环次数的高低将疲劳分为三类：低周疲劳（102～105）、高周疲劳（105～107）、超高周疲劳（107～1010）。14、HRR理论是Hutchinson、Rice和Rosengren应用J积分等恒性以及材料的硬化规律确定应力和应变的幂次。15、在线弹性条件下，J积分的数值等于裂纹尖端附近区域的应变能释放率。16、钝化线是描述裂纹试样在钝化过程中J积分与伸张区宽度的一条直线。17、在等幅应变循环加载下，一组低周疲劳试样经过试验可获得各试样的试验数据，为了获得称为manson-coffin的疲劳寿命预测模型，可采用的疲劳数据包括疲劳硬化指数、疲劳强度系数、疲劳延性指数。18、现行若干相关金属硬度试验的规范中除了布氏硬度试验规范，还包括了洛氏硬度、维氏硬度等硬度试验规范。19、Griffith理论解释了理想弹性材料材料实际断裂强度远低于其理论强度的现象。20、介质腐蚀与循环应力两种损伤机理联合产生的破坏称为腐蚀疲劳破坏21、传统的疲劳设计总寿命法有三种具体方法，分别是应力疲劳分析法、应变疲劳分析法和随机疲劳分析法。22、滞后环反映了循环载荷作用下，应力、应变的连续变化情况。材料的循环性能即是由循环应力—应变曲线和滞后环描述的。二、简答题1、简叙金属材料平面应变断裂韧性ICK测试的试验结果处理及有效性判断过程。答：1）确定临界载荷PQ2）计算KIC的条件值KQ3）KQ的有效性判断：KQ是否是平面应变断裂韧性KIC，必须判断。采取下面两个判据：a)max/1.1QPP，为载荷判据，避免试件尺寸不足导致QICKK＜b)22.5()QsKWa，为厚度判别若满足上述两个有效判据，则求得的KQ即为材料的平面应变断裂韧度。否则，要加大试件尺寸重做试验。2、简述裂纹扩展的能量平衡理论？答：对完全脆性材料，应变能释放率等于形成新表面所需要吸收的能量率。对于金属等有一定塑性的材料，裂纹扩展中，裂尖附近发生塑性变形，裂纹扩展释放出来的应变能，不仅用于形成新表面所吸收的表面能，更主要的是克服裂纹扩展所吸收的塑性变形能，即塑性功。对金属材料，能量平衡理论这时需要更广泛的概念。这时，抵抗裂纹扩展能力=表面能+塑性变形能，对金属材料这是常数。3、简述脆性材料断裂的K准则ICIKK的物理含义以及其中各个量的意义，并结合线弹性断裂力学理论简单讨论K的适用范围。答：物理含义：裂纹尖端应力强度因子IK达到第一临界值ICK时，裂纹将失稳扩展。IK：应力强度因子，是由载荷及裂纹体的形状和尺寸决定的量，表示裂纹尖端应力场强度的一个参量。ICK：断裂韧度，是材料具有的一种机械性能，表示材料抵抗断裂的能力，由试验测定。适用范围：适用于纯线弹性裂纹体，但对于小范围屈服，修正后仍可用线弹性理论计算。4、什么叫应力疲劳？什么叫应变疲劳？两者的裂纹扩展速率表达式是否相同？为什么？应力疲劳：低水平载荷的重复作用下到一定次数时，材料发生断裂破坏。SmaxSy，410fN，也称高周疲劳。应变疲劳：重复载荷的应力大于材料的屈服应力，其循环的次数比较低时，材料发生断裂破坏。Smax〉Sy，410fN，也称低周应变疲劳。两者的裂纹扩展速率表达式不相同；在应力疲劳中，材料所受的载荷是小于屈服应力的，而在应变疲劳中，材料所受的载荷的峰值是大于屈服应力的。应力疲劳是局部塑形，而应变疲劳是大范围产生塑性，因此他们的裂纹扩展速率表达式不相同。5、写出三个现有的断裂准则，并作简要解释。答：（1）COD断裂准则：当裂纹尖端张开位移达到裂纹启裂的临界值c时，裂纹启裂，即：c，裂纹起裂。（2）K准则：按照断裂力学方法得出的含裂纹构件的应力强度因子小于材料断裂韧度时，裂纹不扩展，构件安全；即ICKK。（3）J积分准则：当裂纹尖端的J积分达到临界值时，裂纹开始扩展。即当:JJIC时，裂纹启裂。6、请简述线弹性断裂力学中裂纹尖端应力场的特点？答：裂纹尖端应力场有如下三个特点：1）0r处，应力趋于无穷大，即在裂尖出现奇异点；2）应力强度因子在裂尖为有限量；3）裂尖附近的应力分布是r和θ的函数，与无限远处应力和裂纹长无关。7.根据下图，写出疲劳交变应力的循环频率F、应力幅a、平均应力m、加载应力比R的数值大小。a=60MPa，答：F=0.2HZ，m=30MPa，R=0.33。8、影响疲劳裂纹扩展的主要因素有那些？至少写出三个影响因素。答案：（1）应力比R：随着应力比比R的增加，dNda增加；R不仅影响dNda，而且影响门槛值thK，一般随着R的增加，门槛值thK减小。（2）过载峰：过载峰对随后的低载下的裂纹扩展速率有明显的延缓作用（3）表面残余应力：表面残余拉应力的存在会加速裂纹扩展，残余压应力会抑制裂纹扩展（4）加载频率：随着加载频率的降低，dNda随之增大。（5）温度：温度上升，扩展速率增大，反之则降低。除了以上几种影响dNda的因素之外，腐蚀环境、试件厚度、热处理、加载方式等都对裂纹扩展速率有影响。三、计算题MPaaｔ/s906030051.中心具有穿透裂纹的厚板条（平面应变情况），远端承受均匀拉伸作用，板的厚度mmb2002，裂纹长度mma802，板的材料为铝合金，其断裂韧度mMPaKIc28，计算此板条的临界荷载。（有限宽板条受单向均匀拉应力作用时，穿透裂纹裂尖应力强度因子abaabaKIc5.02tan2）解：在临界状态下所作用的应力即为构件的临界载荷，由公式得：abaabaKI5.02tan2对于临界状态，即IcIKK,有IccKabaab5.02tan2于是得MPababaaKIcc7.992.004.0tan2.0382tan2也就是说，当板的拉伸应力达到99.7MPa时，裂纹发生失稳扩展。2.某种合金钢，在不同回火温度下，测得力学性能如下：375°C回火，mMPaKMPaIcs52,1780600°C回火，mMPaKMPaIcs100,1500设应力强度因子为aKI1.1，且工作应力s5.0。试求两种回火温度下构件的容限裂纹尺寸ca。解：由IcIKK，故对应的裂纹尺寸为ca时，有cIaKπ1.1C所以21.11IccKa，故对375°C回火，mmmac9.00009.017805.01.15212对600°C回火，mmmac66.40046.015005.01.1100123、用标准三点湾曲试件测定30GrMoSiNi2A合金钢的平面应变断裂韧度时，材料屈服极限MPa14702.0，所用式样尺寸mmWmm30,15，从～V曲线上查得NP24480max，NPQ23255，式样断裂后，从断口上测得裂纹的长度为mma04.151，mma35.152，mma32.153，mma26.154，mma92.145，有关裂纹的各种测量值均满足规范的要求。试计算此试件的条件断裂韧度Q值，并检查此Q值是否为该材料的有效C值。解：234115.313aaaamm标准三点弯曲试样应力强度因子表达式：32()QPSaKfWBW根据国标：0.250.51030.75aW2()[1.880.75(0.5)]sectan2.74522aaaaf4120SWmm32()98.3QPSaKfMpamWBW有效性判断：max/1.0531.10QPP21515.31()14.692.5(/)11.2QsmmammWammKmm、、满足条件所以==98.3MPa