断裂力学

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断裂力学是研究含裂纹构件强度与寿命的一门固体力学的新分枝,结构损伤容限设计的理论基础。可以分为线弹性断裂力学弹塑性断裂力学两大类别,前者适用于裂纹尖端附近小范围屈服的情况;而后者适用于裂纹尖端附近大范围屈服的情况。就目前情况而言,弹塑性断裂力学发展很快,但是线弹性断裂力学在结构损伤容限设计中仍然占据重要地位。
在线弹性断裂力学中,最重要的力学参量是应力强度因子,它控制裂纹尖端场附近的应力场位移场。其发展史极其相关的理论可以参阅《宏微观断裂力学》。

断裂力学的历史[编辑]

格里菲斯能量关系式[编辑]

作为一门崭新的学科,断裂力学在第一次世界大战期间为英国航空工程师格里菲斯所创立,用于解释脆性材料的断裂。他面临的问题是,从理论上说,小裂纹尖部的應力接近无穷大。也就是说,无论裂纹有多小,负载有多轻,材料都会失效。为了逃出困境,他发展出一套热力学方法。他假定裂纹的延展需要创造表面能量,这一能量是形变能提供的。如果形变能的损失足以提供新的表面能,裂纹就开始沿展。