材料斷裂力學分析方法

❶ 斷裂力學的分類

它在彈性力學線性理論的基礎上研究脆性材料中的裂紋擴展規律，並以應力強度因子和能暈釋放率等作為控制裂紋擴展的參量。脆性材料是指在裂紋擴展直至最後破壞的過程中，其內部出現較小塑性變形的材料。（見線彈性斷裂力學）
應用線彈性理論研究物體裂紋擴展規律和斷裂准則。1921年格里菲斯通過分析材料的低應力脆斷，提出裂紋失穩擴展准則格里菲斯准則。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准則。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。 它在彈性力學線性理論的基礎上研究脆性材料中的裂紋擴展規律，並以應力強度因子和能暈釋放率等作為控制裂紋擴展的參量。脆性材料是指在裂紋擴展直至最後破壞的過程中，其內部出現較小塑性變形的材料。（見線彈性斷裂力學）
應用彈性力學、塑性力學研究物體裂紋擴展規律和斷裂准則，適用於裂紋體內裂紋尖端附近有較大范圍塑性區的情況。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。 它研究高速載入或裂紋高速擴展條件下的裂紋擴展規律，在研究中須考慮物體的慣性。（見斷裂動力學）
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斷裂准則，包括裂紋在高速載入下的響應及起始和失穩擴展准則、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應用，但理論尚不夠成熟。 作為一門嶄新的學科，斷裂力學在第一次世界大戰期間為英國航空工程師格里菲斯所創立，用於解釋脆性材料的斷裂。他面臨的問題是，從理論上說，小裂紋尖部的裂紋接近無窮大。也就是說，無論裂紋有多小，負載有多輕，材料都會失效。為了逃出困境，他發展出一套熱力學方法。他假定裂紋的延展需要創造表面能量，這一能量是形變能提供的。如果形變能的損失足以提供新的表面能，裂紋就開始沿展。