裂紋張開位移

裂紋張開位移法:又稱COD法,它是一種建立在經驗基礎上的分析方法,但在工程界已得到了廣泛的套用,特別是在研究壓力容器及管道的斷裂分析上。

裂紋張開位移法:在解決彈塑性斷裂問題時,除了J積分的方法外,還有裂紋尖端張開位移方法,即CTOD方法(CrackTipOpeningDisplacement)又稱COD法,它是一種建立在經驗基礎上的分析方法,但在工程界已得到了廣泛的套用,特別是在研究壓力容器及管道斷裂分析上。

實驗表明,在外載入荷下,帶裂紋的試樣,其裂紋頂端在開裂以前隨著載荷的增加而逐漸鈍化,使裂紋尖端形成了一個張開位移,同時形成了所謂伸張區(SZW為伸張區寬度,SZD為伸張區高度或深度)。裂紋尖端鈍化,是裂紋尖端塑性變形逐漸增加的結果。圖中b、c表示載荷逐漸增加時,裂紋尖端前方的滑移帶增加並變寬,同時在裂紋前方也萌生了一些小的空穴,在裂紋尖端的塑性變形區內受到強烈拉伸,為保持這部分體積不變,一方面裂紋張開,同時還向前有少量擴展,注意這並不是裂紋本身的起裂,只有當向前延伸部分達到和鄰近的空穴相連時,才被認為是裂紋起裂了。開始起裂時的裂紋張開位移和伸張區都達到了飽和值和臨界值,對應此值的裂紋張開位移=是一材料常數。材料韌性越好,就越大。可用這一關係式建立斷裂判據。和應力強度因子K1相似,裂紋張開位移是裂紋端部應力應變場的間接度量,當=時裂紋便開始起裂,本身在規定的試驗條件下是一材料常數。但這一斷裂判據,只表示斷裂的開始,並不表示裂紋就失穩擴展。一般情況下,在大範圍屈服和全面屈服時,起裂後要經過裂紋穩態擴展階段,然後才是失穩擴展和斷裂。這樣,對多數結構來說,特別是對壓力容器等設備來說,COD判據就將得出偏於保守的估計,而不能反映含裂紋結構的實際最大承載能力。

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