几种金属材料破坏机理与断裂形式的研究

论文摘要

材料的断裂破坏事故是工程构件失效的主要原因之一。研究和分析材料断裂的原因和断裂的方式,以及如何避免断裂破坏或延缓断裂破坏等是固体力学工作者的主要任务。前人已经在这方面做了大量的工作,有些工作是通过大量实验来获得材料断裂判据的经验公式;有些工作是基于固体力学中的一些基本假设来对材料断裂进行理论研究。但是由于材料性质的不同以及结构或构件受力情况等的复杂性,目前无法用统一的理论来解释各种情况下材料的断裂破坏问题,这需要长期和大量理论结合实验的研究工作。本文以工程应用中大量使用的两种金属材料——钢材和铝合金为研究对象。主要进行了以下两个方面的工作:（1）实验分析。论文首先通过电镜扫描两种钢材和铝合金断口,得到断口微观SEM图像,通过观察其断口的微观形貌特征分析判断两种金属材料断裂方式与断裂机理。（2）理论分析。其次以已有的经验公式为出发点,分析其优缺点;通过理论分析得到一个形如f （σ1,σ2,σ3）的应力状态函数,分析其有效合理性,利用另一个形式的应力状态函数应力三维度,推导得到应力三维度和该函数之间的联系,并将该应力状态函数应用到已有的经验公式之中,修正经验公式,通过理论比较,分析了其合理性。实验分析主要观察和研究金属材料发生的断裂破坏方式以及其相应的力学机理,理论分析则能通过理论判据来给出材料发生不同断裂破坏方式时的不同条件,这样就可以通过这些条件来进行设置,进而避免材料断裂或加速断裂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 断裂力学的发展趋势
• 1.2 研究现状
• 1.3 本课题的意义
• 第二章 断裂基础
• 2.1 断裂简介
• 2.2 断裂宏观理论
• 2.3 断裂微观理论
• 2.3.1 金属的晶体结构
• 2.3.2 位错塞积
• 2.3.3 微裂纹的形成方式
• 2.4 韧性断裂分析
• 2.4.1 韧性断裂的机理及影响因素
• 2.4.2 韧性断裂的微观特征
• 2.5 脆性断裂分析
• 脆性断裂又分为两种
• 2.5.1 Stroh 模型
• 2.5.2 Cottrell 模型
• 2.5.3 Smith 模型
• 2.5.4 脆性断口的微观特征
• 2.5.5 脆性断裂的影响因素
• 2.5.6 环境对脆性断裂的影响
• 2.6 疲劳断裂
• 2.7 本章小结
• 第三章 实验观测及分析
• 3.1 断口的获得
• 3.2 实验分析
• 3.2.1 未断裂金属的SEM 图像
• 3.2.2 铁素体型钢材断口分析
• 3.2.3 奥氏体型钢材断口分析
• 3.2.4 铝合金断口分析
• 3.2.5 沿晶断口分析
• 3.3 验证分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 断裂理论研究
• 4.1 裂纹
• 4.1.1 裂纹的分类
• 4.1.2 裂纹对材料强度的影响
• 4.2 断裂理论
• 4.2.1 Griffith 理论和Orowan 理论
• 4.2.2 应力强度因子断裂理论
• 4.3 理论分析
• 4.3.1 参数的引入
• 4.3.2 νep 的作用
• 4.3.3 νep 的优点
• 4.3.4 公式的修正
• 4.4 验证公式
• 4.5 本章小结
• 第五章 断裂判据优缺点分析
• 5.1 判据的有效性
• 5.2 判据的比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 本文完成的工作
• 6.2 存在的不足
• 6.3 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文