3.5 断裂理论在材料中的应用
材料工作者应致力于提高材料的 ?f和 K1c以提高其抵
抗破坏能力的系统材料的研制，以及为减小导致材料
失效的动力 K1的工程设计。
? 断裂理论阐明裂纹尖端区域的应力强度因子 K1是
裂纹扩展导致材料断裂的动力；
? 材料固有的临界应力强度因子 K1c是裂纹扩展的阻
力；
? 断裂强度 ?f是材料的临界应力因子所对应的临界
应力。
? 一个理想材料构件的建立包括材料的研制、构件
的设计、寿命的检测等一系列过程。
生产和使用于工程
材料科学
工程力学
抗裂纹扩展
裂纹尺寸及分布
抗断裂图谱
材料的实用性
不满足要求
满足要求
后选材料的发展
抗形变 抗热应力 抗粒子冲刷 工程要求
抑制裂纹扩展 构件设计
抗形变图谱 裂纹扩展的抑制 使用环境条件 应力分析
协调 对材料的要求
K1c =（ 2E ?s )1/2
? 材料的断裂韧性是弹性模量和断裂能的函数。
所以与材料的结构和显微结构密切相关。
? 在材料中设置裂纹扩展中的附加能量耗损机制：
韧性相、微裂纹区。
? 设置裂纹扩展的势垒：长轴晶相、纤维增韧。
1,材料研制方面
2,工程结构方面
理论基础：亚临界裂纹扩展速率方程,V=AK1n
（ 1） 安全载荷的选择 ------保证试验法
在构件交付使用前，先以一个超过预期使用的载荷对
该构件的可靠性进行检验。在保证试验中，注意两点：
? 构件中最严重裂纹处的应力必须超过使用期间所承
受的应力；
?构件中最严重处的应力强度因子必须小于临界应力强
度因子。
目的：保证构件不在保证试验期间破坏，保证通过试
验的构件在使用期间的安全。
（ 2） 安全期限的确定
------亚临界裂纹的扩展
由 V,K的关系知：材料存在一个亚临界裂纹扩展
的应力强度因子门滥值 K10，当构件最严重裂纹尖
端的 K1?K10，裂纹不会扩展。当 K10 ? K1 < K1c时，
出现亚临界裂纹扩展，可以根据裂纹扩展的三个
阶段的速率与应力强度因子的关系求构件的使用
寿命 。
（ 3） 破坏预报 ------声发射法
材料在释放弹性能时，发生各种形变
和断裂过程的同时，会有能量的传播，
这一能量被与构件接触的换能器接受，
发出脉冲信号。
（ 4） 断口分析
断口分析有助于对断裂根源的判断。
可作电子显微镜、扫描电镜、透射电
镜和电子探针。