弹塑性断裂力学概述及COD理论

小组人员：孙红王佳美秦秀奇孙芳芳指导老师：王吉会教授目录弹塑性断裂力学的提出弹塑性断裂力学的一种计算方法——COD理论对比COD和J积分理论实际中弹塑性断裂力学的运用线弹性断裂力学脆性材料高强度钢小范围屈服的金属材料大范围屈服全面屈服弹塑性断裂力学弹塑性断裂力学的提出第一章常见的弹塑性断裂剖面第一章COD理论1961年Wells提出了COD（CrackOpeningDisplacement）,认为当裂纹张开位移δ达到材料的临界值δc时，裂纹即发生失稳扩展。表示为δ=δc它主要解决裂纹尖端张开位移与裂纹几何尺寸、外加载荷之间的关系，并结合实验测得的材料的裂纹张开位移的临界值判断材料的断裂性能。第二章COD理论J积分理论计算简单，所得到的一些经验公式能有效的解决工程实际问题计算复杂，但理论更严谨，直接在中、低强度钢焊接结构和压力容器断裂分析中应用广泛已用于发电工业，特别是核动力装置中材料的断裂准则COD理论与J积分对比第三章实际中的应用：基于复合梁的钢桥面铺装断裂判据及疲劳寿命的研究研究内容：钢桥面铺装主要用于提高行车的舒适性和钢桥面的耐久性，如何延长其使用寿命是钢桥面铺装设计的重要内容。然而开裂却大大限制了其服役寿命。因此钢桥面铺装层裂缝的萌生及扩展机理、铺装的剩余寿命等断裂力学问题成为学术界和工程界关注的焦点。研究背景可行性由于铺装材料环氧沥青混凝土是由骨料颗粒和环氧沥青结合料等构成的带有天然缺陷的复合材料，这些缺陷是引起铺装疲劳裂缝的主要诱因之一。断裂力学是从材料或结构中存在微裂缝的基点出发，应用弹性力学和塑性力学理论研究裂缝产生和扩展的条件和规律的科学，所以弹塑性断裂力学是研究桥面铺装疲劳失效判据的有效途径。研究方法以复合梁为研究对象，从断裂力学的基本理论入手，通过室内复合梁三点弯曲试验研究桥面铺装复合结构的COD断裂参数，并建立COD断裂判据；（见论文中第二章）利用数值分析方法，选取三种不同复合梁尺寸研究桥面铺装断裂参数的尺寸效应，并分析COD设计曲线在铺装安全裕度评价中的应用；（见论文中第三章）结合复合梁的疲劳试验和COD理论研究桥面铺装的疲劳性能，预估桥面铺装的疲劳寿命。（见论文中第四章）试验内容（第二章）采用三点弯曲梁试验研究复合梁I型裂缝在不同温度下的断裂性能，比较各断裂参数的适用条件，选用CTOD（裂纹尖端张开位移）断裂参数，通过试验得到临界裂缝尖端张开位移（CTODC），并分析了温度对其的影响，提出了适用于钢桥面铺装的断裂判据。环氧沥青混凝土的塑性特征利用小梁弯曲试验研究了环氧沥青混凝土低温性能，同时进行了SMA试件和AC改性沥青混合料试件的对比试验，试验结果如图2.6环氧沥青混凝土的塑性特征根据环氧沥青混凝土的低温性能可知，它不是一种完全的弹性变形材料，其断裂特性随着温度变化会有很大的不同，并且以5℃为分界点。因此文中采用弹塑性断裂力学理论来研究钢桥面铺装的断裂判据。采用三点弯曲梁试验对不同温度下环氧沥青混凝土断裂性能进行研究试验内容实验过程试验过程试验开始前试件的初始裂纹和试验结束后的裂纹扩展图试验过程试验过程COD判据