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材料強度學的研究目的(3)

發(fā)布時間:2011/12/19點擊次數(shù):2328

  一般地,要建立材料的失效準則,即發(fā)生失效的臨界狀態(tài)的判別式(這里不包括幾何強度不足引起的失效),必須注意以下兩個一般性要求:一是對同一材料,不論構(gòu)件的幾何形狀及受力狀態(tài)如何,對應(yīng)于同一種失效的條件應(yīng)該是同一的;二是對不同的材料,如果是同一類材料(如脆性材料、韌性材料等),則其失效條件必須是同形的(即只是其中的一些材料常數(shù)發(fā)生變化)。未經(jīng)這種一般性驗證的失效條件,一般只是個案(case by case)研究,而不是科學的具有通用性的失效評價準則。這種一般性要求,導致材料強度學必須從是失效的本質(zhì)因素(即微觀機理或宏觀普遍真理如能量平衡等)入手,來研究材料的失效條件與形成強度特性的機制,反過來也說明了僅從實驗結(jié)果來建立破壞準則的經(jīng)驗方法并不一定能給出具有普遍性的失效準則。建立了具有一般性的失效準則后,材料的強度特性實際上只需用一個或少數(shù)幾個簡單受力狀態(tài)下的應(yīng)力或應(yīng)變的臨界值來表示,而無須對每一種復雜受力狀態(tài)都給出一個臨界值。

    另一方面,材料的破壞或失效,總是在力(可以是外力,也可以是內(nèi)力)的作用下發(fā)生的,歸根結(jié)底是力作用的結(jié)果,而且它并不是孤立地發(fā)生的,而是與破壞或失效發(fā)生前的作用力及其相應(yīng)甚至包括其履歷相關(guān)的。因此,從因果律的角度看,研究材料破壞或失效的條件,應(yīng)該是從破壞或失效發(fā)生前的受力及變形狀態(tài)出發(fā),而不能以破壞發(fā)生后的狀態(tài)作為判斷的依據(jù)。但為了分析材料破壞的機理,我們常常需要對材料斷片進行微觀組織結(jié)構(gòu)的觀測。此時實際上已包含了一個假定,即破壞或失效會引起宏觀參數(shù)的顯著變化或突變,但材料的微觀結(jié)構(gòu)(破面除外)則不存在突變。這樣我們就可以通過對斷面組織結(jié)構(gòu)的觀測,來得到材料發(fā)生破壞時的微觀組織結(jié)構(gòu)形式。這一假定是我們從微觀結(jié)構(gòu)方面進行材料強度特性分析的依據(jù)。

    必須指出,雖然對于傳統(tǒng)的常見材料,常見工況下的破壞準則和強度特性都是現(xiàn)成的,但對于不斷涌現(xiàn)的新材料或新環(huán)境下的材料破壞評價,一般其破壞機理與傳統(tǒng)材料有所不同,往往無法應(yīng)用已有的破壞準則,而要求力學工作者去建立新的失效準則或?qū)ΜF(xiàn)有準則作必要的擴展。不僅如此,如何本質(zhì)性地描述新材料的力學行為,如強度特性、變形特性等,也常需要新的方法。即使是對于傳統(tǒng)的常見材料,由于使用條件的化、苛刻化等原因,其破壞機理也遠沒有*搞清楚。這就要求我們必須對失效機理及材料強度特性等的成因有系統(tǒng)的知識,才能正確處理工程實際中涌現(xiàn)出的各種形式的破壞或失效的問題。

 

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