残余应力对脆性断裂的影响分析

脆性断裂一般是在未到寿命的时期内材料内部突然发生裂纹，并且迅速扩展到整个截面而导致破坏，而此时几乎没有由于外部载荷而产生的塑性变形。这种脆性断裂通常是在低温等特殊环境下发生的，但在普通的状态下也可能发生。由于温度的下降、变形速度的增加或者厚壁断面等，使构件的塑性变形处于抑制的状态，当因某种原因受到大的作用应力时，脆性断裂就会突然发生。残余应力作为初始应力附加到普通构件的断面时，就会对脆性断裂产生影响。

图1-12所示为温度、尖锐缺口和残余应力对焊接碳钢试件断裂强度的影响。当试件没有尖锐缺口时，断裂的载荷将对应于试验温度下的材料强度极限，如图1-12中曲线PQR所示。试件有尖锐缺口，但没有残余应力存在时，引起断裂的应力为图1-12中曲线PQSUT。当温度高于断裂转变温度T_f时，在高应力作用下发生高能量断裂；当温度低于断裂转变温度T_f时，断裂应力降低到接近于屈服强度。如果在高残余拉应力区有一个缺口，则可能发生以下各种形式的断裂。

1）温度高于T_f时，断裂应力等于强度极限（曲线PQR），残余应力对断裂应力没有影响。

2）温度低于T_f，但高于止裂温度T_a时，裂纹可能在低应力下始发，但被止住。

3）温度低于T_a时，根据断裂始发时应力水平将发生两种情况之一：①如果应力低于临界应力（如图1-12中曲线WV所示），裂纹将在扩展一段距离后被止住；②如果应力高于临界应力，将发生完全断裂。(www.xing528.com)

图1-12 温度、尖锐缺口和残余应力对焊接碳钢试件断裂强度的影响^[18]

T_a—止裂温度 T_f—断裂转变温度