第八章 断裂力学基础
8.1 概述
1．断裂（fracture）：宏观裂纹(micro-cracks)扩展→构件破断的过程 2．分类：韧性断裂(tenacity fracture)、脆性断裂(brittle fracture) 3．危害：过载断裂(over-load fracture)
疲劳断裂(fatigue fracture)（低于设计载荷, 85% cases) 4．断裂力学(fracture mechanics)：固体力学的一个分支。
材料从受载开始到断裂： 微裂纹的形成→扩展→宏观裂纹产生损伤力学(damage mechanics)
→宏观裂纹扩展→构件破坏断裂力学 分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。Griffith脆断理论（成熟）， 韧性断裂、韧性材料损伤力学正在发展。
第八章 断裂力学基础
8.2 裂纹扩展(propagation of cracks) 的基本类型
一般地，裂纹尖端的应力场可表示为： （有弹性区和塑性区）
ij K p f (r, ) (i, j x, y, z) (p=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)
第八章 断裂力学基础
8.4 应力强度因子(stress intensity factors)
应力强度因子
① 与坐标无关，是表征裂纹尖端附近应力场强度的参量； ② 与裂纹形状、尺寸、方向有关 ③ 与载荷的大小及作用方式有关 ④ 与材料参数相关 物理意义：在断裂力学分析中人为引进的，反映裂纹尖端应力场强度的
KI = KIC（Ⅰ型裂纹断裂准则） KIC为材料常数，应与试样几何尺寸无关。但在测试时，应尽量增大试样厚
度以保证裂纹尖端处于平面应变状态。 a——裂纹长度（预制）,（w-a）——韧带尺寸
采用三点弯曲（图8-3）或紧凑拉伸（图8-4）试验进行测试。
Ⅰ型（张开型）: 正应力作用，裂纹扩展方向垂直于应力 Ⅱ型（滑开型）：剪应力作用，裂纹扩展方向平行于应力 Ⅲ型（撕开型）：剪应力作用，裂纹线与应力方向一致
[复合型（叠加原理求解）]
第八章 断裂力学基础
8.3 裂纹尖端应力场
Ⅰ型裂纹尖端应力场
其中 （通过Westerguard 应力函数求解） 同样可以求得其他两种裂纹尖端的应力场（略）。
当试样厚度较小时，裂纹尖端处
于平面应力状态，相对塑性区较 大，裂纹扩展耗能高Kic高； 当试样厚度较大时，裂纹尖端处 于平面应变状态，相对塑性区较 小，裂纹扩展耗能低Kic低KⅠc (平面应变断裂韧度)。
第八章 断裂力学基础
8.6 KIC——平面应变断裂韧度(fracture toughness)
力学参量。 作用：对裂纹尖端的应力、位移场的求解求 量纲：Ki ——[力]×[长度]-3/2
（注意：与应力集力学基础
8.5 断裂准则(fracture criterion)
Ki Kic (i I,II,III)
——断裂韧度，表征材料抵抗裂纹扩展的抗力，由实验确定（平面 应力型，平面应变型）。