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解理弹簧裂纹的扩展

解理弹簧裂纹的扩展
  解理弹簧裂纹的扩展
  
  解理弹簧裂纹的扩展用格里菲斯裂日理论进行解释。格里菲斯理论的出发点是弹簧材料中存在着显微弹簧裂纹,然后从系统能量变化的角度求得弹簧材料实际断裂强度的表达式。
  
  固体在外力作用下具有整体弹性应变能。当弹簧裂纹扩展变宽时弹簧裂纹表面增加,形成新表面要吸收能量。在弹簧裂纹扩展过程中弹性能为推动力,表面能为阻力。当弹簧裂纹变宽引起的弹性能的减少大于增加弹簧裂纹长度需要的表面能时,就出现弹簧裂纹的失稳扩展。这种扩展所需的条件格里非斯表达为式(4-1)。
  
  当外力超过σ时,弹簧裂纹就会自动扩展导致断裂。弹簧裂纹扩展后上式中C变大σ相应下降,因此弹簧材料在一定外载衍下,解理弹簧裂纹的扩展一旦开始就迅速的扩展,其扩展速度可达声音在该弹簧材料中的传播速度,导致零件突然断裂。
  
  按格里菲斯理论求得的断裂应力条件只适用于完全脆性的弹簧材料,例如玻璃等弹簧材料。对于金属弹簧材料,弹簧裂纹扩展不能只考虑表面能,因为弹簧裂纹的扩展必然伴随着某些塑性变形。因此,Orowan提出理论计算中需引入克服塑性变形所需要的塑性变形功。
  
  当p》 Y时,式(4-2)在这种情况下,弹簧裂纹扩展应力主要由P决定。因此在金属弹簧材料中,解理弹簧裂纹形成后扩展过程中有可能由于所需的塑性功尸过大而被停止。在弹簧裂纹扩展过程中吸收能量的过程均对塑性功尸有贡献。

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