【精选】2.5 裂纹的起源与快速扩展2.5 裂纹的起源与快速扩展.pptVIP

晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，缺陷处引起应力集中，导致裂纹成核。 材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹。表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面裂纹开始。P69实例 由于热应力形成裂纹。P70 2.5 裂纹的起源与快速扩展 2.5.1 裂纹的起源 2.5.2 裂纹的快速扩展 按Griffith裂纹理论，材料的断裂强度不取决于裂纹的数量，而是裂纹的大小，即临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 裂纹进一步扩展2dc，单位面积所释放的能量为dwe/(2dc) (厚度为1)=πc?2/E；形成新的单位表面积所需的表面能为dws/(2dc)=2?。 裂纹扩展力G= πc?2/E；当裂纹达到临界尺寸开始扩展，c↑使得G↑，而dws/(2dc)=2?是常数，因此，裂纹一旦达到临界尺寸开始扩展，G就越来越大于2?，直到破坏。因此，脆性材料裂纹的起始扩展就是破坏过程的临界阶段。 πc?2/E=2?→c=2?E/(π?2) 由于G越来越大于 2?，释放出来的多余能量一方面使裂纹扩展加速，另一方面，能使裂纹增殖，产生分枝形成更多的新表面。 玻璃板在不同负荷下裂纹增殖示意图 ?↑→G↑ 2.5.3 防止裂纹扩展的措施 应力小于临界应力； 在材料中设置吸收能量的机构，如在陶瓷基体中添加塑性粒子或纤维制备金属陶瓷和复合材料。 在材料中造成大量极微细的裂纹（小于临界尺寸）也能吸收能量，阻止裂纹扩展。 氧化锆 裂纹除了上述的快速失稳扩展外，还会在应力下，随着时间的推移而缓慢扩展。这种缓慢扩展也叫亚临界生长，或称为静态疲劳。 2.6 无机材料中裂纹的亚临界生长 裂纹缓慢生长使裂纹尺寸逐渐增大，当达到临界尺寸，就会失稳扩展而破坏。一个构件开始负荷时不会破坏，在一定时间后会突然断裂。即应力持续时间越长，材料的断裂强度越小。P72