断裂与疲劳阶段性作业4

断裂与疲劳(专升本)判断题1. 力的大小可以用一个简单量表示。

(3分) 参考答案：错误2. “K I = K Ic ”表示K I 与K Ic 是相同的。

(3分) 参考答案：错误(1). 萌生 (2). 参考答案: 扩展 (3). 参考答案: 断裂 (4). 参考答案: 损伤积累4. ___(5)___ 有两种定义或表达式，一是回路积分定义，另一种是___(6)___ ，在塑性力学全量理论的描述下这两种定义是___(7)___ ；其___(8)___ 指J 积分的数值与积分回路无关。

(8分) (1). 参考答案: J 积分(2). 参考答案: 形变功率定义(3). 参考答案: 等效的 (4). 守恒性(1). 机械加工程度变形 (2).参考答案: 预制裂纹长度 (3). 参考答案: 小范围屈服长度 (4). 读数显微镜(1). 理论断裂强度 (2). 参考答案: 实际断裂强度 (3). 参考答案: 应力集中系数 (4). 参考答案: 裂口断裂理论问答题7. 什么是低应力脆断？如何理解低应力脆断事故？(12分)参考答案：答：在应力水平较低，甚至低于材料的屈服点应力情况下结构发生的突然断裂，称为低应力脆性断裂，简称低应力脆断。

低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，同时也与材料的韧性有关。

由于应力低，容易“失察”，由于脆性断裂，难于控制即“失控”，低应力脆性断裂事故多为灾难性的。

断裂力学是研究低应力脆断的主要手段，其研究目的也主要是预防低应力脆断。

8. 请解说应力场强度因子断裂理论？(12分) 参考答案：答：1)下标“I”表示I 型（张开型）裂纹 2)“K”表示应力强度因子，是外加应力和裂纹长度的函数 3)“K I ”表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子 4)“K Ic ”表示I 型（张开型）裂纹的断裂韧度，是材料抵抗断裂的一个性能指标5)“K I = K Ic ”是断裂判据，表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子增加到一个临界值即达到材料的断裂韧度时，就发生脆性断裂。

在船舶与海洋工程领域，目前国内对疲劳问题的机理研究几乎处于停滞状态，本文考虑了提出考虑腐蚀缺陷的冰区平台动态疲劳可靠性模型，并基于Bayes 理论研究检测与维修对平台动态疲劳可靠性更新。

以疲劳寿命为控制量，确定基于断裂力学方法的冰区平台动态疲劳可靠性功能函数；分析腐蚀对平台动态疲劳可靠性的影响，建立考虑疲劳与腐蚀交互作用的冰区平台动态可靠性模型；基于Bayes 理论对腐蚀预测模型进行修正，通过修正腐蚀模型实现，最后通过渤海某一平台为例，进行验证和分析。

其基本原理如下：考虑腐蚀的影响，并设腐蚀函数为d(t)，则管节点的临界深度fa 可表示为()0f a w dt =-其中t 为平台服役时间。

根据断裂力学理论，以疲劳寿命为控制量，并考虑尺寸参数的不确定性，平台节点的疲劳寿命分析功能函数()()()001w d t ma avgY S dag t tf C B Y a B S -=-⎡⎣⎰其中C 和m 为材料的裂纹扩展参数，由材料属性确定，e S 为等效疲劳应力范围，avg f 为荷载作用的平均频率，()Y a 为裂纹扩展的几何修正系数，S B 和Y B 分别为描述疲劳应力和几何修正系数计算过程中的不确定因素的随机变量。

综上可知，等效疲劳应力范围e S 和荷载作用的平均频率avgf 为两个重要的计算参数，而这参数可以通过对整个冰激疲劳环境划分子工况的方法确定，因此根据每个子工况的疲劳应力参数与工况比例获取e S 和avgf ；()10101km mi i i i e ki i i f E S S f ==⎡⎤∂⎢⎥⎢⎥=⎢⎥∂⎢⎥⎣⎦∑∑，01kavg i i i f f ==∂∑，其中k 为子工况数，i ∂为子工况i 所占的比例，0i f 为子工况i 的荷载频率，()m iE S 为子工况中mS 的均值。

由于考虑到腐蚀的影响，腐蚀函数d(t)采用paik 腐蚀模型，该模型的表达式为()()()()()()()()()()2''22'2BBi i C CA A A A d t A t T t TA A μσμσμσσ+=-=-+其中的A 和B 分别为与腐蚀保护系统相关的系数，t 为平台服役时间，CT 为CPS 寿命。

脆性断裂与疲劳破坏问题一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。

钢结构尤其是焊接结构,由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因,往往存在类似于裂纹性的缺陷。

脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后, 断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生,破坏。

钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果,主要是以下几方面:(1 ) 钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高,晶粒较粗,夹杂物等冶金缺陷严重,韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。

(2) 结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。

(3) 制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错,焊接缺陷大,残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。

(4) 结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。

随着加荷速度增大,屈服点将提高而韧性降低。

特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时,材料的脆性将显著增加。

（5）在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。

这种性质称为低温冷脆。

不同的钢种,向脆性转化的温度并不相同。

同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同,而在不同温度下发生脆性断裂。

所以,这里所说的"低温"并没有困定的界限。

为了确定缺口韧性随温度变化的关系,目前都采用冲击韧性试验。

图1为碳素钢恰贝V形缺口试件冲击能量与温度的关系曲线。

显而易见,随着温度的降低, Cv 能量值迅下降,材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。

同时可见,钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的,此温度区T1－T2称为转变温度区。

断裂与疲劳(专升本)阶段性作业1总分：100分得分：0分一、判断题1. 断裂力学的研究对象是含裂纹体。

(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：2. 脆性材料不发生或很小塑性变形，没有屈服极限，在经历很小的变形情况下就会发生断裂。

(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：3. 第二强度理论代表最大切应力理论。

(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：4. 穿晶断裂是韧性的，而不可以是脆性的。

(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：5. 约束力是一种主动力。

(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：6. 低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，且与材料的韧性有关。

(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：7. 材料的理论断裂强度与实际断裂强度相差很大。

(6分)正确错误正确的答案是：正确解题思路：8. 使构件发生变形的外部物体作用统称为外力，它只表示构件承受的载荷。

(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：9. 根据材料断裂的载荷性质，断裂力学分为静态断裂力学和动态断裂力学，断裂动力学是断裂静力学的基础。

(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。

(6分)正确错误正确的答案是：错误解题思路：二、填空题1. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。

(5分)(1). 正确的答案是: 剪切2. 由于作用循环载荷而性能变劣造成的断裂称为___(2)___ 。

(5分)(1). 正确的答案是: 疲劳断裂3. 材料（或构件）断裂前有明显的塑性变形，即断裂应变较大的断裂方式为___(3)___ 。

(5分)(1). 正确的答案是: 韧性断裂三、单选题1. 断裂化学则是研究各种对材料断裂过程的作用及影响的一门学科。