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通俗易懂讲述裂纹的分类及其受力

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通俗易懂讲述裂纹的分类及其受力

发布日期:2020-03-03 作者:青岛发现检验技术咨询有限公司 点击:

结构和材料中的裂纹具有一种随机性,就是不确定性。比方由于夹杂,可能会根据杂质的形状而定;这种裂纹可能发生在材料内部,也可能发生在材料表面,对于一些薄板,更有可能裂纹从板的一面开到板的另一面,成为穿透的裂纹...太复杂了!


为了便于分析,我们先把裂纹分成深埋裂纹、表面裂纹和穿透裂纹,这3个概念完全可以凭借我们的生活常识确定,这就是按裂纹的一种几何分类方法,这个不需要图我们也可以很好的理解。

我们可以先拿出穿透性裂纹来,再加上它将要承受的载荷,来考察一下它所受到的力。在图1中的裂纹属于穿透性裂纹,从板的左边到板的右边,但是它所受的力又可以有很多种。

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比方说第一种:图中两个箭头上下那样用力,像是要把裂纹硬掰开,我们两个人分苹果的时候,先用刀切一个口子,然后用手用力的掰很像这种受力状况,苹果中间的缝会越来越大,直到裂纹贯穿整个苹果,我们就可以吃了,我们暂时把它叫为张开型裂纹。


第二种形式我们想象有两块大石头用胶水粘在一起,这胶水的地方就是裂纹面,然后有一个大力士可以用内力将其推开,相当于两块石头发生了相对滑动,我们将这种裂纹命名为滑开型。其实我觉得这种情况在双层复合材料中出现的多,但是这里我们要重点理解在这个过程中,我们的力是怎么加的,裂纹是怎么扩展的,将其抽象化会接受的更好!


再来看第三种,这种我们几乎天天会有这种经验,我们拆方便面调料包的时候,从锯齿口用力一撕,调料包就开了,其实方便面的包装袋正是利用了断裂力学的知识。由于方便面包装袋是撕开的,我们就把它叫作撕开型裂纹。


现在我们要给出一点具有学术气味的定义,把张开型裂纹叫作I型裂纹,滑开型裂纹叫作II型裂纹,而撕开型裂纹叫作III型裂纹。现在,如果你用I,II,III型去与别人讨论裂纹类型,就从通俗命名过度到了学术命名。但是一定要对应好,如果混了就还不如采用通俗性定义,所以一定要精准的记下!


我们再来审视一下,裂纹的分类:前面我们的表面裂纹、深埋裂纹、穿透裂纹,是从裂纹发生的位置、几何形状上定义的,而I型,II型,III型是着重从受力特征上定义的。


首先这两种定义是从不同的角度对裂纹的分类;其次,如果说它们有什么联系的话,就是I,II,III型裂纹都是对穿透型裂纹而言的;再次,I型裂纹是正应力破坏,II型,III型裂纹是剪应力破坏,但是III型裂纹的剪应力和II型裂纹剪应力方向不同,II型裂纹平行于裂纹扩展方向,III型裂纹则垂直于裂纹扩展方向。最后,如果让你感受一下同样条件下哪种裂纹的破坏性最强,你的体会是什么呢?


在工程实际中,多以I型裂纹破坏,所以在断裂力学的讨论中I型裂纹所占比例非常大。但是,我们也需要指出,在工程实际中,结构的受力方式是非常复杂的,我们很难说就是单一的裂纹形式,可能形成2种,或是3种裂纹的组合形式,称为复合型裂纹。为了理解这个问题,我们还需要对图1进行修改,以获得另外一种理解,以方便将来识别复合型裂纹。

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图2给出了从应力角度的I,II,III裂纹的受力特点,将来我们要分析复合裂纹也需要从其裂纹受力的应力角度来考虑。复合裂纹的情况太多了,我们这里只举1个例子。


如图3所示的受力图,如果我们将裂纹周围的应力分布画出来,就是右边的图,这里很明显,我们可以把它看成是I型裂纹和II型裂纹的混合型裂纹。这里给出的是最简单的复合型裂纹的例子,在实际中比我们给出的复杂的多。不过,再复杂的受力,我们总可以分解到垂直于裂纹面,2个方向平面于裂纹面,如果可以分解,我们就可以很轻松的判断出它属于哪种复合情况,但是根本在于是否真正体会了 I,II,III型裂纹的划分。

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