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断裂韧性

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试样厚度对断裂韧性的影响

断裂韧性(Fracture toughness),在材料科学中是指物体断裂时,尖锐裂纹的扩展突然变得迅速而无限制,此时的临界应力强度因子。断裂韧性反映了结构阻止宏观裂纹失稳扩展能力,是结构抵抗裂纹脆性扩展的参数。它和材料本身特性、结构几何形状以及裂纹形状相关。部件的厚度会影响裂纹尖端的约束条件,薄部件具有平面应力条件,厚部件具有平面应变条件。平面应变条件下可以求得与材料特性相关的最低断裂韧性值——I型加载下的应力强度因子的临界值称为平面应变断裂韧性,记为[1]当未能满足厚度等确保平面应变条件的测试要求时,测得的断裂韧性值以表示。断裂韧性是表征材料抗裂纹扩展能力的定量方法,给定材料的标准值一般都适用。

裂纹扩展的材料的断裂表面形态受样本厚度变化的影响。

缓慢的自主裂纹扩展称为应力腐蚀裂纹,可能发生在超出阈值或低于的腐蚀环境中。疲劳裂纹扩展过程中,也可能会出现裂纹扩展的小增量,重复加载循环后,裂纹会逐渐扩展,直至超过断裂韧性而最终失效。

一般用于表征断裂韧性的参数有J积分、应力强度因子K的临界值。断裂韧性用于大型的结构(如:船体)的断裂事件研究。大型结构往往在很低强度的情况下发生断裂。为了解决这个问题,发明了表征脆性断裂的应力强度因子K。后又发展出了J积分。进而产生了T参数、Q参数等表征应力场非标准特性差的参数。 K=Yσ√(πa)

参考

  1. ^ Suresh, S. Fatigue of Materials. Cambridge University Press. 2004. ISBN 978-0-521-57046-6.