关于材料的脆性断裂清单

zhengmai0101

引言

弹性形变（畸变）：正应力、剪应力作用下―可以恢复的形变。（一般固体材料）;

塑性形变：晶粒内部的位错滑移―――不可恢复的永久形变（晶体材料）;

粘性形变：―――不可恢复永久形变（无机材料中非晶相、玻璃、有机高分子材料、金属材料等）;

蠕变：―――在高温条件，上述的塑性形变和粘性形变将随时间而具有不同的速率。最后发生蠕变后期、蠕变终止或蠕变断裂。



1、脆性断裂行为：条件：在外力作用下，在高度应力集中点（内部和表面的缺陷和裂纹）附近单元, 所受拉应力为平均应力的数倍，如果超过材料的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，而导致脆性断裂。

因此，断裂源往往出现在材料中应力集中度很高的地方，并选择这种地方的某一缺陷（或裂纹、伤痕）而开裂。



2、裂纹的形成：

1）表面裂纹：一个硬质粒子（如研磨粒子）受到力P的作用而穿入脆性固体的表面，可能引起局部屈服，塑性形变造成的残余应力将激发出表面裂纹。

形成于表面加工（切割、研磨、抛光）或粒子冲刷过程。

2）工艺缺陷：工艺缺陷包括大孔洞、大晶粒、夹杂物等，形成于材料制备过程中。与原料的纯度、颗粒尺寸、粒度的分布、颗粒形貌等有关。



3、控制强度的三个参数：

弹性模量E：取决于材料的组分、晶体的结构、气孔。对其他显微结构较不敏感。

断裂能f ：不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响，是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用。

裂纹半长度c：材料中最危险的缺陷，其作用在于导致材料内部的局部应力集中，是断裂的动力因素。



4、与材料强度有关的断裂力学的特点：

1）着眼于裂纹尖端应力集中区域的力场和应变场分布；

2）研究裂纹生长、扩展最终导致断裂的动态过程和规律；

3）研究抑制裂纹扩展、防止断裂的条件。

4）给工程设计、合理选材、质量评价提供判据。



5、断裂力学的分类：

断裂力学根据裂纹尖端塑性区域的范围，分为两大类：

1）线弹性断裂力学---当裂纹尖端塑性区的尺寸远小于裂纹长度，可根据线弹性理论来分析裂纹扩展行为。

2）弹塑性断裂力学---当裂纹尖端塑性区尺寸不限于小范围屈服，而是呈现适量的塑性，以弹塑性理论来处理。



6、裂纹的三种扩展方式或类型

Ⅰ型（掰开型）张开或拉伸型：裂纹表面直接分开。

Ⅱ型（错开型）滑开或面内剪切型：两个裂纹表面在垂直于裂纹前缘的方向上相对滑动。

Ⅲ型（撕开型）外剪切型：两个裂纹表面在平行于裂纹前缘的方向上相对滑动。



7、裂纹的起源

1．形成原因

1）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就会引起应力集中，导致裂纹成核。如：位错运动中的塞积，位错组合，交截等。

2）材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹。这种表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面裂纹开始。

3）由于热应力形成裂纹

①晶粒在材料内部取向不同，热膨胀系数不同，在晶界或相界出现 应力集中。

②高温迅速冷却，内外温度差引起热应力。

③温度变化发生晶型转变，体积发生变化。



8、结构不连续区域的特点：

1）材料中任何结构不连续性都会使局部能量处于高能量状态，即应力状态；

2）外力作用下，能量高的不连续区域首先发生运动，在能量较低的不连续区域使其能量降低；

3）结构不连续区域在可能情况下总是降低其能量；

4）不连续区域在运动过程中，遇到势垒，会发生塞积，引起高度的应力集中，此应力又会激活其他结构不连续区域。
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