根據裂紋擴展的途徑分類 穿晶斷裂： 沿晶斷裂裂紋穿過晶粒內部： 裂紋沿晶界擴展
基本介紹
- 中文名：斷裂擴展
- 類型：科學
研究含裂紋物體的強度和裂紋擴展規律的科學。固體力學的一個分支。又稱裂紋力學。它萌芽於20世紀20年代A.A.格里菲斯對玻璃低應力脆斷的研究。其後，國際上發生了一系列重大的低應力脆斷災難性事故，促進這方面的研究，並於50年代開始形成斷裂力學。根據所研究的裂紋尖端附近材料塑性區的大小，可分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學；根據所研究的引起材料斷裂的載荷性質，可分為斷裂（ 靜）力學和斷裂動力學。斷裂力學的任務是：求得各類材料的斷裂韌度；確定物體在給定外力作用下是否發生斷裂，即建立斷裂準則；研究載荷作用過程中裂紋擴展規律；研究在腐蝕環境和應力同時作用下物體的斷裂（即應力腐蝕）問題。斷裂力學已在航空、航天、交通運輸、化工、機械、材料、能源等工程領域得到廣泛套用。
線彈性斷裂力學 套用線彈性理論研究物體裂紋擴展規律和斷裂準則。1921年格里菲斯通過分析材料的低應力脆斷，提出裂紋失穩擴展準則格里菲斯準則。1957年G.R.歐文通過分析裂紋尖端附近的應力場，提出應力強度因子的概念，建立了以應力強度因子為參量的裂紋擴展準則。線彈性斷裂力學可用來解決脆性材料的平面應變斷裂問題，適用於大型構件（如發電機轉子、較大的接頭、車軸等）和脆性材料的斷裂分析。實際上，裂紋尖端附近總是存在塑性區，若塑性區很小（如遠小於裂紋長度），則可採用線彈性斷裂力學方法進行分析。
彈塑性斷裂力學 套用彈性力學、塑性力學研究物體裂紋擴展規律和斷裂準則，適用於裂紋體內裂紋尖端附近有較大範圍塑性區的情況。由於直接求裂紋尖端附近塑性區斷裂問題的解析解十分困難，因此多採用J積分法、COD（裂紋張開位移）法、R（阻力）曲線法等近似或實驗方法進行分析。通常對薄板平面應力斷裂問題的研究，也要採用彈塑性斷裂力學。彈塑性斷裂力學在焊接結構的缺陷評定、核電工程的安全性評定、壓力容器和飛行器的斷裂控制以及結構物的低周疲勞和蠕變斷裂的研究等方面起重要作用。彈塑性斷裂力學的理論迄今仍不成熟，彈塑性裂紋的擴展規律還有待進一步研究。
斷裂動力學 採用連續介質力學方法 ， 考慮物體慣性，研究固體在高速載入或裂紋高速擴展下的斷裂規律。斷裂動力學的主要研究內容為：①斷裂準則，包括裂紋在高速載入下的回響及起始和失穩擴展準則、高速擴展裂紋的分叉判據。②高速擴展裂紋尖端附近的應力應變場。③裂紋高速擴展的極限速度。④裂紋高速擴展的停止（止裂）原理。⑤高應變率條件下的材料特性及其對高速擴展裂紋阻力的影響。⑥裂紋高速擴展中的能量轉換。⑦高速碰撞下的侵徹和穿孔問題。斷裂動力學研究方法分理論分析和動態實驗兩方面。斷裂動力學已在冶金學、地震學、合成化學以及水壩工程、飛機和船舶設計、核動力裝置和武器裝備等方面得到一些實際套用，但理論尚不夠成熟。
