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低应力脆断及材料的韧性


  低应力脆断及材料的韧性
  
  人们在对船舶的脆断、无缝输气钢管的脆断裂缝、铁桥的脆断倒塌、飞机因脆断而失事、石油、电站设备因脆断而发生重大事故的分析中,发现了一些它们的共同特点:
  
  1.通常发生脆断时的宏观应力很低,按强度设计是安全的;
  
  2.脆断事故通常发生在比较低的工作温度环境下;
  
  3.脆断从应力集中处开始,裂纹源通常在结构或材料的缺陷处,如缺口、裂纹、夹杂等;
  
  4,厚截面、高应变速率促进脆断。
  
  由此,人们发现了传统设计思想和材料的性能指标在强度设计上的不足,试图提出新的性能指标和安全判据,找到防止脆断的新的设计方法。
  
  传统的强度设计所依据的性能指标主要为弹性模量E,屈服极限氏、抗拉强度}L,而塑性指标延伸率占和面收缩率沪在设计中只是参考数据,通常还会考虑应力集中现象,即使如此,设计的安全判据仍不足以防止脆断的发生,这说明材料的强度、塑性、弹性这些性能指标还不能完全反映材料抵抗脆断的能力。经过对众多脆断事故的分析和研究,人们提出了一个便于反映材料抗脆断能力的新的性能指标—韧性,从使脆性材料和韧性材料断裂所消耗的能量不同,归纳出韧性的定义为:所谓韧性是材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小,它是材料强度和塑性的综合反映。
  
  环境温度对材料的韧性有很明显的影响,随着温度的降低,材料的韧性将减小,当温度降到某一值后,冲击韧性值将大大降低,材料变脆。设计时根据结构的工作温度来选择具有合适脆化温度的材料,以保证工作温度高于脆化温度来防止脆断。以冲击韧性或脆性转变温度作韧性指标,钢材的热加工工艺对材料韧性的影响上是很方便的,但是在设计中这些指标不能用于计算发生脆断时的载荷,而只能作为一种定性的参考依据。

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