
【化】 shearing mode crack
【計】 cut
【化】 shear; shear cut; shear(ing); sheared
model; mould; type
【醫】 form; habit; habitus; pattern; series; Ty.; type
【經】 type
crackle; flaw
【化】 cracking; flaw; tear
【醫】 fissura; fissure
剪切型裂紋(shear-type crack)指材料或結構在剪切應力作用下形成的斷裂形态,其裂紋擴展方向與受力平面呈45度夾角。該術語在材料力學和工程斷裂分析中具有明确應用場景,主要特征包括:
力學特性
裂紋面沿最大剪應力方向滑移形成,常見于韌性金屬或複合材料的塑性變形階段。根據《機械工程術語國家标準》(GB/T 4863-2022),其形成需滿足剪應力強度因子達到臨界值條件: $$ K{II} geq K{IIC} $$ 其中$K{II}$為II型(滑開型)應力強度因子,$K{IIC}$為材料抗剪斷裂韌性值。
工程檢測标準
中國機械工程學會發布的《金屬材料斷裂評估規範》指出,此類裂紋在焊接接頭、齒輪齒根等剪切載荷集中區域多發,檢測需采用超聲波探傷或數字圖像相關法(DIC)。
學術定義延伸
劍橋工程詞典将"shear crack"定義為三維應力狀态下裂紋面産生相對滑移的斷裂模式,區别于拉伸型裂紋的張開擴展機制。美國材料試驗協會标準ASTM E1820-22進一步明确了其在斷裂力學試驗中的分類标準。
剪切型裂紋是材料力學中根據受力模式分類的裂紋類型,主要分為以下兩類:
Ⅱ型裂紋(滑開型/縱向剪切型)
由平行于裂紋面且垂直于裂紋線的切應力引起,裂紋沿原方向平行擴展。例如齒輪根部在切向力作用下的開裂。
Ⅲ型裂紋(撕開型/橫向剪切型)
在平行于裂紋面且與裂紋線同向的剪應力作用下,裂紋面産生撕開式擴展,如受扭薄壁圓管的環向裂紋擴展。
鋼闆剪切時易在剪切面與闆面交角處産生不規則裂紋,主要原因包括:
軋輥等部件因周期性應力作用,在帶裂紋狀态下運行時,剪切應力會加劇裂紋擴展,最終導緻結構失效。
公式表達:
剪切型裂紋的應力強度因子可表示為:
$$
K{II} = tau sqrt{pi a} quad (text{Ⅱ型})
$$
$$
K{III} = tau sqrt{pi a} quad (text{Ⅲ型})
$$
其中$tau$為剪應力,$a$為裂紋半長。
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