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解理弹簧的裂纹扩展

发布日期:2023-01-09 作者: 点击:

用格里菲斯裂纹日理论解释了解理弹簧的裂纹扩展。Griffith理论的出发点是在弹簧材料中存在微弹簧裂纹,然后从系统能量变化的角度得到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,弹簧裂纹的表面增大,形成新的表面吸收能量。在裂纹扩展过程中,弹性能是驱动力,表面能是阻力。当弹簧裂纹变宽引起的弹性能降低大于增加弹簧裂纹长度所需的表面能时,弹簧裂纹发生不稳定扩展。此扩展所需的条件由Griffis表示为式(4-1)。

当外力超过σ时,弹簧裂纹会自动扩展,导致断裂。在上式中,弹簧裂纹扩展后C变大,σ相应减小。因此,在一定的弹簧材料外载荷作用下,解理弹簧的裂纹一旦开始迅速膨胀,其膨胀速度可达到声音在弹簧材料中的传播速度,导致零件突然断裂。

根据Griffith理论得到的断裂应力条件仅适用于玻璃等完全脆性的弹簧材料和其他弹簧材料。对于金属弹簧材料,不能只考虑弹簧裂纹扩展时的表面能,因为弹簧裂纹扩展必然伴随着一定的塑性变形。因此,Orowan提出在理论计算中引入克服塑性变形所需要的塑性变形功。

当p = Y时,此时弹簧裂纹扩展应力主要由p决定。因此,在金属弹簧材料中,解理弹簧在裂纹形成后的扩展过程中可能会因需要过多的塑性功树脂而停止。弹簧裂纹扩展过程中的能量吸收过程有助于塑性树脂的生长。

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