K,K,K,应力场强度因子 : 在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外，尚与强度因子有关，对于某一确定的点，其应力分量由确定， K,K,K,越大，则应力场各点应力分量也越大，这样就可以表示应力场的强弱程度，称为应力场强度因子。 “I”表示I型裂纹。【P68】 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。【P71】 有效屈服应力:裂纹在发生屈服时的应力。【新书P73:旧P85】
有效裂纹长度:因裂纹尖端应力的分布特性，裂尖前沿产生有塑性屈服区，屈服区内松弛的应力将叠加至屈服区之外，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。【新P74;旧P86】。
K,KK,K裂纹扩展K判据:裂纹在受力时只要满足 ，就会发生脆性断裂.反之，即使存在裂纹，若 也不会断裂。新P71:旧,IICIIC,
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。P76/P88
G,G裂纹扩展G判据: ，当,，满足上述条件时裂纹失稳扩展断裂。P77/P89 IIC
,积分:有两种定义或表达式:一是线积分:二是形变功率差。P89/P101 J,J裂纹扩展,判据: ，只要满足上述条件，裂纹(或构件)就会断裂。 IIC ,,,:裂纹张开位移。P91/P102
,,,c,,,判据:，当满足上述条件时，裂纹开始扩展。P91/P103 2、说明下列断裂韧度指标的意义及其相互关系
K,K,CK,CK,C和 答: 临界或失稳状态的记作或，为平面应变下的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能KCKC
,力。为平面应力断裂韧度，表示在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 它们都是型裂纹的材料裂纹韧性指标，但值与试KCKC
K,C样厚度有关。当试样厚度增加，使裂纹尖端达到平面应变状态时，断裂韧度趋于一稳定的最低值，即为，它与试样厚度无关，而是真正的材料常数。P71/P82
G,C 答:P77/P89 当增加到某一临界值时，能克服裂纹失稳扩展的阻力，则裂纹失稳扩展断裂。将的临界值记作，称断裂韧度，G,G,G,G,c表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量，其单位与相同，MPa?m G,
,，,:是材料的断裂韧度，表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力，其单位与GIC相同。P90/P102
,c:是材料的断裂韧度，表示材料阻止裂纹开始扩展的能力.P91/P104 ,,判据和判据一样都是裂纹开始扩展的裂纹判据，而不是裂纹失稳扩展的裂纹判据。P91/P104
3、试述低应力脆断的原因及防止方法。
答: 低应力脆断的原因:在材料的生产、机件的加工和使用过程中产生不可避免的宏观裂纹，从而使机件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, 答:由4—1可知，裂纹前端的应力是一个变化复杂的多向应力，如用它直接建立裂纹扩展的应力判据，显得十分复杂和困难;而且当r?0时，不论外加平均应力如何小，裂纹尖端各应力分量均趋于无限大，构件就失去了承载能力，也就是说，只要构件一有裂纹就会破坏，这显然与实际情况不符。这说明经典的强度理论单纯
用应力大小来判断受载的裂纹体是否破坏是不正确的。因此无法用应力判据处理这一问题。因此只能用其它判据来解决这一问题。
K,、试述应力场强度因子的意义及典型裂纹的表达式 5
K,答:新书P69旧书P80参看书中图(应力场强度因子的意义见上) 几种裂纹的表达式，无限大板穿透裂纹:K,,,,a;有限宽板穿透裂
Maaa6,K,f纹:;有限宽板单边直裂纹:当ba时，K,,1.2a;受弯单边裂纹梁:;,,,()K,,,,af()K,,,,af()3/2b,ab()bb
2,,aa221/4K,，,(sin,cos,)无限大物体内部有椭圆片裂纹，远处受均匀拉伸:;无限大物体表面有半椭圆裂纹，远处均受拉伸:A2,c
1.1,,a,,点的。 K,
6、试述K判据的意义及用途。
答: 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、优化工艺等。P71/P83
7、试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素。
答:机件上由于存在裂纹，在裂纹尖端处产生应力集中，当σy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有: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/σs)2成正比。
8、试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。
由于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。
最简单而适用的修正方法是在计算KI时采用“有效裂纹尺寸”，即以虚拟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。基本思路是:塑性区松弛弹性应力的作用于裂纹长度增加松弛弹性应力的作用是等同的，从而引入“有效长度”的概念，它实际包括裂纹长度和塑性区松弛应力的作用。
(4—15)的计算结果忽略了在塑性区内应变能释放率与弹性体应变能释放率的差别，因此，只是近似结果。当塑性区小时，或塑性区周围为广大的弹性去所包围时，这种结果还是很精确。但是当塑性区较大时，即属于大范围屈服或整体屈服时，这个结果是不适用的。
,,,a8s,11 ,,,的意义:表示裂纹张开位移。表达式,lnsec()。P91/P103 ,E,2s 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。详见新P80/P93 15、影响,，,的冶金因素:内因:1、学成分的影响;2、集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。P81/P95
16.有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件是否安全,
解:由题意知穿透裂纹受到的应力为σ=900MPa
根据σ/σ0.2的值，确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正
因为σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂纹断裂韧度KIC需要修正 对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为:
,,a,9000.01 = K,,,168.13I221,0.177(/)1,0.177(0.75),,s (MPa*m1/2) 2,,K1塑性区宽度为: =0.004417937(m)= 2.21(mm) I,,R,0,,,22,比较K1与KIc: s,,
因为K1=168.13(MPa*m1/2)
KIc=115(MPa*m1/2)
所以:K1>KIc ，裂纹会失稳扩展 , 所以该件不安全。
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υ=1，测试材料的σ0.2=720MPa ，试估算材料的断裂韧度KIC为多少,
解: 因为σ/σ0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂纹断裂韧度KIC不需要修正 对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为: KIC=Yσcac1/2
,,对于表面半椭圆裂纹，Y=1.1/υ=1.1
,3,，150，25，10所以，KIC=Yσcac1/2=1.1=46.229(MPa*m1/2) 第五章 金属的疲劳 1.名词解释;
应力幅σa:σa=1/2(σmax-σmin) p95/p108 平均应力σm:σm=1/2(σmax+σmin) p95/p107 应力比r:r=σmin/σmax p95/p108
疲劳源:是疲劳裂纹萌生的策源地，一般在机件表面常和缺口，裂纹，刀痕，蚀坑相连。P96
疲劳贝纹线:是疲劳区的最大特征，一般认为它是由载荷变动引起的，是裂纹前沿线留下的弧状台阶痕迹。 P97/p110 疲劳条带:疲劳裂纹扩展的第二阶段的断口特征是具有略程弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带(疲劳辉纹，疲劳条纹) p113/p132 驻留滑移带:用电解抛光的方法很难将已产生的表面循环滑移带去除，当对式样重新循环加载时，则循环滑移带又会在原处再现，这种永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。 P111
材料力学性能-第2版习题答案
