
【化】 shearing mode crack
【计】 cut
【化】 shear; shear cut; shear(ing); sheared
model; mould; type
【医】 form; habit; habitus; pattern; series; Ty.; type
【经】 type
crackle; flaw
【化】 cracking; flaw; tear
【医】 fissura; fissure
剪切型裂纹(shear-type crack)指材料或结构在剪切应力作用下形成的断裂形态,其裂纹扩展方向与受力平面呈45度夹角。该术语在材料力学和工程断裂分析中具有明确应用场景,主要特征包括:
力学特性
裂纹面沿最大剪应力方向滑移形成,常见于韧性金属或复合材料的塑性变形阶段。根据《机械工程术语国家标准》(GB/T 4863-2022),其形成需满足剪应力强度因子达到临界值条件: $$ K{II} geq K{IIC} $$ 其中$K{II}$为II型(滑开型)应力强度因子,$K{IIC}$为材料抗剪断裂韧性值。
工程检测标准
中国机械工程学会发布的《金属材料断裂评估规范》指出,此类裂纹在焊接接头、齿轮齿根等剪切载荷集中区域多发,检测需采用超声波探伤或数字图像相关法(DIC)。
学术定义延伸
剑桥工程词典将"shear crack"定义为三维应力状态下裂纹面产生相对滑移的断裂模式,区别于拉伸型裂纹的张开扩展机制。美国材料试验协会标准ASTM E1820-22进一步明确了其在断裂力学试验中的分类标准。
剪切型裂纹是材料力学中根据受力模式分类的裂纹类型,主要分为以下两类:
Ⅱ型裂纹(滑开型/纵向剪切型)
由平行于裂纹面且垂直于裂纹线的切应力引起,裂纹沿原方向平行扩展。例如齿轮根部在切向力作用下的开裂。
Ⅲ型裂纹(撕开型/横向剪切型)
在平行于裂纹面且与裂纹线同向的剪应力作用下,裂纹面产生撕开式扩展,如受扭薄壁圆管的环向裂纹扩展。
钢板剪切时易在剪切面与板面交角处产生不规则裂纹,主要原因包括:
轧辊等部件因周期性应力作用,在带裂纹状态下运行时,剪切应力会加剧裂纹扩展,最终导致结构失效。
公式表达:
剪切型裂纹的应力强度因子可表示为:
$$
K{II} = tau sqrt{pi a} quad (text{Ⅱ型})
$$
$$
K{III} = tau sqrt{pi a} quad (text{Ⅲ型})
$$
其中$tau$为剪应力,$a$为裂纹半长。
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