通俗易懂講述裂紋的分類及其受力

結(jié)構(gòu)和材料中的裂紋具有一種隨機(jī)性，就是不確定性。比方由于夾雜，可能會(huì)根據(jù)雜質(zhì)的形狀而定；這種裂紋可能發(fā)生在材料內(nèi)部，也可能發(fā)生在材料表面，對(duì)于一些薄板，更有可能裂紋從板的一面開到板的另一面，成為穿透的裂紋...太復(fù)雜了！為了便于分析，我們先把裂紋分成深埋裂紋、表面裂紋和穿透裂紋，這3個(gè)概念完全可以憑借我們的生活常識(shí)確定，這就是按裂紋的一種幾何分類方法，這個(gè)不需要圖我們也可以很好的理解。我們可以先拿出穿透性裂紋來，再加上它將要承受的載荷，來考察一下它所受到的力。在圖1中的裂紋屬于穿透性裂紋，從板的左邊到板的右邊，但是它所受的力又可以有很多種。圖1裂紋分類I-II-III比方說第一種：圖中兩個(gè)箭頭上下那樣用力，像是要把裂紋硬掰開，我們兩個(gè)人分蘋果的時(shí)候，先用刀切一個(gè)口子，然后用手用力的掰很像這種受力狀況，蘋果中間的縫會(huì)越來越大，直到裂紋貫穿整個(gè)蘋果，我們就可以吃了，我們暫時(shí)把它叫為張開型裂紋。第二種形式我們想象有兩塊大石頭用膠水粘在一起，這膠水的地方就是裂紋面，然后有一個(gè)大力士可以用內(nèi)力將其推開，相當(dāng)于兩塊石頭發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，我們將這種裂紋命名為滑開型。其實(shí)我覺得這種情況在雙層復(fù)合材料中出現(xiàn)的多，但是這里我們要重點(diǎn)理解在這個(gè)過程中，我們的力是怎么加的，裂紋是怎么擴(kuò)展的，將其抽象化會(huì)接受的更好！再來看第三種，這種我們幾乎天天會(huì)有這種經(jīng)驗(yàn)，我們拆方便面調(diào)料包的時(shí)候，從鋸齒口用力一撕，調(diào)料包就開了，其實(shí)方便面的包裝袋正是利用了斷裂力學(xué)的知識(shí)。由于方便面包裝袋是撕開的，我們就把它叫作撕開型裂紋?，F(xiàn)在我們要給出一點(diǎn)具有學(xué)術(shù)氣味的定義，把張開型裂紋叫作I型裂紋，滑開型裂紋叫作II型裂紋，而撕開型裂紋叫作III型裂紋?，F(xiàn)在，如果你用I，II，III型去與別人討論裂紋類型，就從通俗命名過度到了學(xué)術(shù)命名。但是一定要對(duì)應(yīng)好，如果混了就還不如采用通俗性定義，所以一定要精準(zhǔn)的記下！我們?cè)賮韺徱曇幌?，裂紋的分類：前面我們的表面裂紋、深埋裂紋、穿透裂紋，是從裂紋發(fā)生的位置、幾何形狀上定義的，而I型，II型，III型是著重從受力特征上定義的。首先這兩種定義是從不同的角度對(duì)裂紋的分類；其次，如果說它們有什么聯(lián)系的話，就是I，II，III型裂紋都是對(duì)穿透型裂紋而言的；再次，I型裂紋是正應(yīng)力破壞，II型，III型裂紋是剪應(yīng)力破壞，但是III型裂紋的剪應(yīng)力和II型裂紋剪應(yīng)力方向不同，II型裂紋平行于裂紋擴(kuò)展方向，III型裂紋則垂直于裂紋擴(kuò)展方向。最后，如果讓你感受一下同樣條件下哪種裂紋的破壞性最強(qiáng)，你的體會(huì)是什么呢？在工程實(shí)際中，多以I型裂紋破壞，所以在斷裂力學(xué)的討論中I型裂紋所占比例非常大。但是，我們也需要指出，在工程實(shí)際中，結(jié)構(gòu)的受力方式是非常復(fù)雜的，我們很難說就是單一的裂紋形式，可能形成2種，或是3種裂紋的組合形式，稱為復(fù)合型裂紋。為了理解這個(gè)問題，我們還需要對(duì)圖1進(jìn)行修改，以獲得另外一種理解，以方便將來識(shí)別復(fù)合型裂紋。圖2從應(yīng)力角度看I，II，III型裂紋受力圖2給出了從應(yīng)力角度的I，II，III裂紋的受力特點(diǎn)，將來我們要分析復(fù)合裂紋也需要從其裂紋受力的應(yīng)力角度來考慮。復(fù)合裂紋的情況太多了，我們這里只舉1個(gè)例子。如圖3所示的受力圖，如果我們將裂紋周圍的應(yīng)力分布畫出來，就是右邊的圖，這里很明顯，我們可以把它看成是I型裂紋和II型裂紋的混合型裂紋。這里給出的是最簡單的復(fù)合型裂紋的例子，在實(shí)際中比我們給出的復(fù)雜的多。不過，再復(fù)雜的受力，我們總可以分解到垂直于裂紋面，2個(gè)方向平面于裂紋面，如果可以分解，我