斷裂力學

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斷裂力學(Fracture mechanics)是研究含裂紋構件強度與壽命的一門固體力學的新分支,結構損傷容限設計的理論基礎。可以分為線彈性斷裂力學彈塑性斷裂力學兩大類別,前者適用於裂紋尖端附近小範圍屈服的情況;而後者適用於裂紋尖端附近大範圍屈服的情況。就目前情況而言,彈塑性斷裂力學發展很快,但是線彈性斷裂力學在結構損傷容限設計中仍然佔據重要地位。

在線彈性斷裂力學中,最重要的力學參量是應力強度因子,它控制裂紋尖端場附近的應力場和位移場。

斷裂力學的歷史[編輯]

格里菲斯能量關係式[編輯]

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英語Alan Arnold Griffith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,小裂紋尖部的應力接近無窮大。也就是說,無論裂紋有多小,負載有多輕,材料都會破裂。為了逃出困境,他發展出一套熱力學機制。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。