断裂韧性及测量方法.ppt

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第二章 无机材料的脆性断裂与强度
主讲：李享成 博士
电话：
材冶学院6256办公室
http://=d138
Griffith从能量平衡的观点出发，提出了含裂纹固体的强度和裂纹关系之条件：裂纹失稳扩展。而导致材料断裂的必要条件是：在裂纹扩展过程中系统的自由能必须下降（热力学条件）
K与外加应力、裂纹长度、裂纹种类及受力状态等有关的系数，称为应力场强度因子，它反映裂纹尖端应力场强度。
Griffith方程：
裂纹的三种类型
对1型有：
Y为几何形状因子，它和裂纹型式、试件几何形状有关，各种情况的Y已汇制成册，供检索。
三种情况下的Y值
断裂判据：
K1c与材料本征参数E,γ，μ等物理量相关，反映具有裂纹的材料对外界作用的一种抵抗能力，即阻止裂纹扩展能力，是材料固有性质。
举例：P51
01
抓住裂纹本质，提供新的设计思想和选材标准；
02
表征材料特征的临界值。
03
The fracture toughness of polycrystaline Alumina(Young’s modulus 306GPa) is about 4MPa·m1/2 while the toughness of MgO partially stabilized zirconia(PSZ)(Young’s modulus 138GPa) is about 10MPa m1/2.
a) Estimate the fracture surface energy of (i) alumina and (ii) PSZ assuming these toughness values were obtained under conditions of plane stress.
b) Polycrystalline ceramics often have intergranular cracks in them due to thermal expansion mismatch. Their strength is therefore limited by these cracks whose size is on the order of the grain size. Calculate the maximum strength you would expect to observe in (i) alumina with 20-um-diameter grain size and (ii) PSZ with a 50um-diameter grain size. Model the cracks as internal circular cracks with the same size as the grains.
7
单边切口梁法（SENB）
双扭法（DT）
Knoop压痕三点弯曲梁法
山形切口劈裂试件法
标准尺寸，K1c的表达式，单位MPa·m-1/2
缺陷
表面
热应力