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断裂力学计算器

线弹性断裂力学计算器|应力强度因子与临界裂纹尺寸

区分CCT、SENT、CT、SENB的几何与公称应力定义,比较I型应力强度因子及塑性区。临界裂纹尺寸包含形状系数变化,以数值求根获得。

试件几何形状

载荷与裂纹参数
名义应力 σ (MPa)
MPa
裂纹长度 a (mm)
mm
试件宽度 W (mm)
mm
材料参数
断裂韧性 K_Ic (MPa√m)
MPa√m
屈服强度 σ_y (MPa)
MPa
计算结果
K_I (MPa√m)
安全系数 K_Ic/K_I
塑性区 r_p (mm)
临界 a_c (mm)
形状因子 Y
Crack
Ka
理论与主要公式

K_I = σ Y(a/W) √(πa); a [m]

rp [mm] = 1000 (K_I/σy)² / (2π) (plane stress)

K_I(ac) = K_Ic; solve with Y(ac/W), σ and W fixed

CT: σ = P/(BW); SENB: σ = 3PS/(2BW²), S=4W

模型与输入定义

用于静态、线弹性I型断裂学习。CCT的裂纹全长为2a、板全宽为2W;SENT的裂纹长为a、板宽为W。CT输入σ=P/(BW),SENB输入σ=3PS/(2BW²),支点间距S=4W。不同试件中相同σ数值不代表相同载荷。

复现计算结果

  1. 选择试件,以MPa输入σ,以mm输入a、W。CCT的W为半宽。
  2. 设置K_Ic和屈服应力σy。材料预设是教学代表值,不是产品保证值。
  3. 读取完整输入载荷对应结果;动画版可将载荷推进至上限或使用低动态模式。a/W超出范围时显示提示而非外推数值。

可复现算例

CCT:σ=100 MPa、a=10 mm、W=100 mm(全宽200 mm)、K_Ic=50 MPa√m、σy=350 MPa。x=0.1,Y=1/√cos(πx/2)=1.0062,得到K_I=17.83 MPa√m、平面应力塑性区rp=0.413 mm、K_Ic/K_I=2.80。σ加倍时K_I加倍,rp增至4倍。

🙋
这个算例应检查什么?
🎓
每次只改变一个输入,对照公式与界面结果的变化。 读取完整输入载荷对应结果;动画版可将载荷推进至上限或使用低动态模式。a/W超出范围时显示提示而非外推数值。

适用范围与注意事项

CCT采用长板Feddersen近似。工具限定SENT为0<a/W≤0.6,CT为0.2≤a/W≤0.8,CCT/SENB为0<a/W≤0.8。临界尺寸在范围外时显示<或>边界,不外推。rp为平面应力一阶估计。需另外核对板厚、剩余韧带及小范围屈服条件,不计算疲劳寿命或检测周期。

常见问题

不固定。保持σ和W不变,每次更新Y(a/W),用二分法求K_I(a)=K_Ic。
一致,均为mm。K使用MPa√m、σy使用MPa,公式得出的m乘以1000转换成mm。
CT应输入σ=P/(BW)的等价公称值,不是远场拉应力。
显示几何条件超出范围,不会悄悄将裂纹改为0.99W。请调整为对应试件的有效条件。

模型依据

检查范围包括显示单位、参考计算、输入敏感性、边界条件及三语言结果,不代表规范符合性或实际工程精度保证。